引 言

隨著紅外探測(cè)技術(shù)的快速發(fā)展，在農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、軍事領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用。在 19 世紀(jì)中葉，紅外探測(cè)技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于天文學(xué)研究，到 20 世紀(jì)開(kāi)始，紅外技術(shù)快速發(fā)展，逐漸引進(jìn)至軍事應(yīng)用，在多次軍事行動(dòng)中表現(xiàn)突出。目前，美國(guó)研發(fā)的設(shè)備最高分辨率可達(dá)到 0.001 ℃。

由于艦船熱尾流所處環(huán)境比較復(fù)雜，需要考慮各種影響因素，采集大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，但時(shí)刻變化的環(huán)境很難實(shí)現(xiàn)在某一特定環(huán)境背景下進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)。因此，本文研究了粗糙海面紅外傳輸特性，建立紅外輻射傳輸模型，模擬仿真粗糙海面及潛艇尾跡高度場(chǎng)分布，綜合考慮輻射傳輸過(guò)程中多種影響因素，最終模擬出不同海洋背景及不同探測(cè)高度的紅外輻射亮度分布。

海面尾跡成像 

潛艇尾跡

潛艇在航行中會(huì)對(duì)海面造成一定影響，形成一條范圍廣并且很難消去的尾跡，艦船的尾跡主要由海表尾跡、湍流尾跡和內(nèi)波 3 種組成，其中海表尾跡可以最為直觀地被觀測(cè)到。本文利用 Kelvin尾跡模型模擬海面尾跡，該模型是目前尾跡模型中相對(duì)比較成熟的模型，將尾跡簡(jiǎn)化為分歧波和橫斷波 2 類波組成，尾跡呈 V 字形展開(kāi)，屬于重力波的一種，尾跡結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

圖 1 Kelvin 尾跡波形特征

紅外成像映射模型

在針對(duì)某海域成像時(shí)為了圖像更加真實(shí)立體，需要建立仿真坐標(biāo)系，并且需要進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。坐標(biāo)系統(tǒng)示意圖如圖 2 所示。

圖 2 紅外成像模擬仿真坐標(biāo)系統(tǒng)成像原理示意圖

熱尾流紅外成像仿真計(jì)算

如圖 3 所示，本文采用建模仿真的方法，基于尾流區(qū)海平面散度和高度特征，結(jié)合三維坐標(biāo)變換和投影映射方法實(shí)現(xiàn)熱尾流目標(biāo)的成像仿真過(guò)程。

圖 3 熱尾流成像仿真計(jì)算流程圖

結(jié)果分析

海面尾跡高度場(chǎng)仿真結(jié)果

假設(shè)海平面波動(dòng)只受到尾跡影響，分別模擬了不同航速、不同季節(jié)的潛艇尾跡高度場(chǎng)分布，如圖 4 及圖 5 所示。

圖 4 潛深 100 m、春季不同航速的高度分布圖

圖 5 潛深 100 m、航速 2 節(jié)不同季節(jié)的高度分布圖

參考文獻(xiàn)：黃子亮,張昊春,王琦. 艦船尾跡和海面紅外仿真成像 [J]. 應(yīng)用光學(xué), 2023, 44 (02): 286-294.

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