天基紅外預警系統(tǒng)是導彈防御系統(tǒng)的重要組成部分,預警系統(tǒng)通過不同軌道衛(wèi)星平臺搭載的紅外探測器協同工作,實現對目標的探測和跟蹤。預警探測過程中,地球臨邊和卷云背景對紅外探測器的成像效果有很大的影響。本文設計編寫了天基紅外預警成像仿真軟件,重點關注2.63μm 2.85μm和4.21μm~4.95μm波段下卷云和地球臨邊背景的輻射特征,利用衛(wèi)星和導彈軌道參數可實現預警衛(wèi)星對導彈助推段和中段過程的實時成像仿真。通過對天基紅外預警衛(wèi)星探測成像過程的仿真,可用于評估紅外預警系統(tǒng)的探測性能,提高彈道導彈的突防能力,也可用于紅外預警系統(tǒng)設計和改進工作。本文的主要內容包括三個部分:(1)使用Modtran軟件計算了地球臨邊背景的熱輻射和輻射透過率參數。分析不同緯度、季節(jié)、氣溶膠模式和太陽方位對臨邊輻射特征的影響。(2)利用等效尺度參數和MIE散射理論計算了卷云的單次散射特性,在考慮多次散射的情況下使用雙向反射函數對卷云的反射特性進行研究。再結合卷云發(fā)射率與光學厚度的關系設計了卷云的輻射計算模型。(3)基于OpenGL圖形接口和OSG渲染框架編寫了臨邊和卷云背景下天基紅外預警探測器對點目標觀測的實時仿真軟件,利用STK工具實現導彈衛(wèi)星的軌道實時計算。建立大氣臨邊背景、卷云的熱輻射和反射的仿真渲染模型,結合地球、卷云和大氣臨邊的幾何模型,利用預計算紋理的方法實現了在卷云和臨邊背景下對助推段和中段的實時仿真。
【學位單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2017
【中圖分類】：E927;TP391.9
【部分圖文】：

第一章 緒論3圖1.2 美國導彈預警系統(tǒng)工作方式SBIRS 系統(tǒng)承擔監(jiān)視與跟蹤彈道導彈從發(fā)射到再入大氣層全過程的任務，設計上還具備根據預測導彈彈道、收集導彈情報等功能。系統(tǒng)主要利用紅外波段探測目標，各個衛(wèi)星都配備有掃描型和凝視型紅外探測器，高軌道和同步軌道衛(wèi)星還配備有紫外和可見光探測器。大橢圓軌道的 SBIRS-HIGH 衛(wèi)星用于探測、識別和跟蹤主動段的彈道導彈，主要利用導彈的尾焰輻射特征。工作方式一般為先使用線陣紅外傳感器對整個地球區(qū)域的視場掃描成像，隨后使用凝視型窄視場探測器對疑似目標區(qū)域探測并進行跟蹤[3]。低軌道的 STSS 衛(wèi)星可以探測助推段、飛行中段甚至到再入段的導彈目標，首先采用掃描性探測器對地表和傾斜視角的臨邊背景依次成像，針對可疑目標使用窄視場凝視型探測器進行跟蹤[4]。由于衛(wèi)星軌道較低

大氣可以按照溫度的變化分為四個部分，從下到上分別為對流層、平流層、中間層和熱成層。圖2.1 大氣層垂直分層結構對流層是大氣的最底層，受到地面長波輻射的加熱作用，對流層中溫度隨高度升

中低軌道的預警衛(wèi)星在跟蹤導彈目標時，臨邊背景和深空背景占據了視場的很大部分。其中臨邊背景的輻射較強，對導彈探測有很大影響。圖2.3 臨邊探測路徑以 STSS 衛(wèi)星的工作方式為例，首先使用線陣傳感器，以擺掃的方式的對大視場范圍內的臨邊背景和地球地表背景進行觀測，當發(fā)現敏感目標時，則使用共平臺的窄視場凝視型傳感器對目標持續(xù)追蹤。低軌道衛(wèi)星的運動速度很快，為了保證對目標的跟蹤，STSS 設計上使用多顆衛(wèi)星接力觀測。臨邊背景除了自身輻射外，根據目標、探測器和地球的幾何位置關系，對目標的輻射還存在消光、散射等作用。由于大氣的光學參數眾多，與地理關系和時間高度相關，本文在計算大氣輻射時，一般假定在小片區(qū)域內
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本文編號：2881148