CN105092210A - 一种同时测量烟幕衰减率及辐射强度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种同时测量烟幕衰减率及辐射强度的方法。其特点在于：未释放烟幕时，采用黑体和红外探测器测量环境辐射强度和大气衰减系数，释放烟幕时，基于上述环境辐射强度和大气衰减系数，同时测量出遮蔽黑体的烟幕衰减率和红外辐射强度。采用该方法，通过布置多个红外探测器的方式，可实现多点烟幕衰减率及辐射强度的测量。

Description

一种同时测量烟幕衰减率及辐射强度的方法

技术领域

本发明涉及一种同时测量烟幕衰减率及辐射强度的方法。

背景技术

烟幕作为一种重要的光电对抗手段，其对红外目标的遮蔽效果是对其干扰性能进行评价的重要依据。烟幕遮蔽目标的主要机理是通过烟幕的散射作用衰减达到红外探测器上的目标红外辐射。此外，烟幕自身的红外辐射、烟幕反射的环境红外辐射、环境辐射等也会造成红外图像对比度下降。

通常，用烟幕对红外辐射的衰减率来评价烟幕遮蔽性能的好坏。战场环境中，如果烟幕自身的红外辐射过强，存在暴露目标可能潜在区域的风险。较好的烟幕遮蔽效果应该是“冷烟幕”遮蔽，即：烟幕既能较好地遮蔽目标，自身的红外辐射又不至于太强，能与环境融为一体。因此，有必要在测量烟幕的衰减率时，测量烟幕自身的红外辐射。

测量烟幕衰减率的方法主要有红外热像仪测量法、激光测量法两种。其中，激光测量法的优点在于受环境辐射的影响小，缺点是只能测量烟幕在特定谱线上的红外辐射衰减率，在红外探测波段内的红外辐射衰减率必须依据经验公式外推得到，经验公式要根据烟幕配方的变化来选取。红外热像仪测量法的优点在于可直接测量烟幕在中波或长波波段内的红外辐射衰减率,但是在野外测量时，容易受到环境辐射的影响。

目前，讨论烟幕衰减率的文献所提及的方法,均不能同时测量烟幕衰减率和烟幕自身的红外辐射强度。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种同时测量烟幕衰减率及辐射强度分布的方法，为烟幕干扰效能的评估及战术使用提供依据。

一种同时测量烟幕衰减率及辐射强度的方法，其特点在于：未释放烟幕时，采用黑体和红外探测器测量环境辐射强度和大气衰减系数，释放烟幕时，基于上述环境辐射强度和大气衰减系数，同时测量出遮蔽黑体的烟幕衰减率和红外辐射强度。其基本原理如下：

在红外探测器视场范围内，将第一黑体目标1(其温度为T₁)至红外探测器3之间的大气2视为一层厚度为d，衰减系数为β_a的介质，则大气的衰减率为反射率为由红外辐射基本理论可知：

(Ⅰ)无烟幕遮蔽时(如图1)，红外探测器3接收到的总的红外辐射强度E可表示为：

$E=D\·e^{-{\mathrm{\β}}_{a}d}+A\·(1-e^{-{\mathrm{\β}}_{a}d})---\left(1\right)$

其中，第一项表示第一黑体目标1的红外辐射强度D经过大气2的衰减后到达红外探测器3的辐射强度；第二项表示环境4红外辐射强度A经大气2反射后到达红外探测器3的辐射强度。红外探测器3既可以是红外辐射计，也可以是其它可测量红外辐射强度的设备。

(Ⅱ)有烟幕5遮蔽时(如图2)，将烟幕5视为一层厚度为ds，衰减系数为β_s的介质，则烟幕的衰减率为反射率为红外探测器3接收到的总的红外辐射强度E可表示为：

$E=D\·e^{-{\mathrm{\β}}_{a}d}\·e^{-{\mathrm{\β}}_s\mathrm{ds}}S\·e^{-{\mathrm{\β}}_a(d-\mathrm{ds})}+A\·(1-e^{-{\mathrm{\β}}_{a}d})+A\·e^{-2{\mathrm{\β}}_a(d-\mathrm{ds})}\·(1-e^{-{\mathrm{\β}}_s\mathrm{ds}})---\left(2\right)$

其中，第一项表示第一黑体目标1的红外辐射强度D经过烟幕5、大气2的衰减后到达红外探测器3的辐射强度；第二项表示烟幕5的红外辐射强度S经大气2的衰减后到达红外探测器3的辐射强度；第三项表示环境4红外辐射A经大气反射后到达红外探测器3的辐射强度；第四项表示环境4红外辐射强度A经大气2衰减、烟幕5反射后到达红外探测器3的辐射强度。

当d远大于ds时，可取一阶近似，认为此时(2)式可写为

$E=D\·e^{-{\mathrm{\β}}_{a}d}\·e^{-{\mathrm{\β}}_s\mathrm{ds}}+S\·e^{-{\mathrm{\β}}_{a}d}+A\·(1-e^{-{\mathrm{\β}}_{a}d})+A\·e^{-2{\mathrm{\β}}_{a}d}\·(1-e^{-{\mathrm{\β}}_s\mathrm{ds}})---\left(3\right)$

该方法的优点在于：

(Ⅰ)测量参数多，采用本发明的方法，可实现烟幕衰减率和辐射强度的同时测量；

(Ⅱ)测量精度高，采用本发明的方法，可有效消除环境红外辐射和大气衰减效应对烟幕衰减率、辐射强度测量结果的影响；

(Ⅲ)测量区域大，采用本发明的方法，可实现多点烟幕衰减率及辐射强度的快速测量。

附图说明

图1为无烟幕干扰时红外探测器接收到的红外辐射强度示意图。

图2为有烟幕干扰时红外探测器接收到的红外辐射强度示意图。

图3为无烟幕干扰时红外探测器测量大气衰减系数及环境辐射强度示意图。

图4为有烟幕干扰时红外探测器测量单点烟幕衰减率及辐射强度示意图。

图5为有烟幕干扰时红外探测器测量多点烟幕衰减率及辐射强度示意图。

具体实施方式

下面结合附图，说明测量烟幕衰减率和辐射强度的步骤和方法。

烟幕释放前：首先，采用红外探测器分别测量第一黑体目标1、第二黑体目标6(其温度为T₂，T₁≠T₂)的红外辐射强度D₁、D₂。其中，第一黑体目标1和第二黑体目标6还可以是红外辐射强度已知的灰体目标。然后，将第一黑体目标1、第二黑体目标6分别放置于红外探测器3的视轴附近，距红外探测器3的距离分别为d₁、d₂处(如图3)，红外探测器测得第一黑体目标1、第二黑体目标6的红外辐射强度分别为E₁、E₂，则由(1)式可得如下方程组：

$\left\{\begin{array}{c}{E}_1=D_1\·e^{-{\mathrm{\β}}_a{d}_1}+A\·(1-e^{-{\mathrm{\β}}_a{d}_1})\\ E_2=D_2\·e^{-{\mathrm{\β}}_a{d}_2}+A\·(1-e^{-{\mathrm{\β}}_a{d}_2})\end{array}\right.---\left(4\right)$

求解上述方程组，即可得到两个未知量β_a和A。

通常，烟幕释放、持续时间不长，可认为测量前后大气衰减系数β_a、环境红外辐射强度A是一个常量。

将烟幕释放装置7置于第一黑体目标1、第二黑体目标6与红外探测器3之间(如图4)。

烟幕释放时，测量第一黑体目标1、第二黑体目标6的红外辐射经过烟幕衰减，到达红外探测器的红外辐射强度，分别记为E′₁、E′₂。考虑到烟幕扩散、运动的特点，烟幕状态在空间具有渐变性，不会有突变，因此当第一黑体目标1与第二黑体目标6在垂直于红外探测器3视轴方向上的距离足够近时，可近似认为第一黑体目标1至红外探测器3传输路径上的烟幕衰减系数、烟幕厚度、烟幕辐射强度，与第二黑体目标6至红外探测器3传输路径上的烟幕衰减系数、烟幕厚度、烟幕辐射强度相同。记烟幕衰减系数为β_s，烟幕厚度为ds，烟幕辐射强度为S，则由(3)式可得如下方程组：

$\left\{\begin{array}{c}{E}_1^{\′}=D_1\·e^{-{\mathrm{\β}}_a{d}_1}\·e^{-{\mathrm{\β}}_s\mathrm{ds}}+S\·e^{-{\mathrm{\β}}_a{d}_1}+A\·(1-e^{-{\mathrm{\β}}_a{d}_1})+A\·e^{-2{\mathrm{\β}}_a{d}_1}\·(1-e^{-{\mathrm{\β}}_s\mathrm{ds}})\\ E_2^{\′}=D_2\·e^{-{\mathrm{\β}}_a{d}_2}\·e^{-{\mathrm{\β}}_s\mathrm{ds}}+S\·e^{-{\mathrm{\β}}_a{d}_2}+A\·(1-e^{-{\mathrm{\β}}_a{d}_1})+A\·e^{-2{\mathrm{\β}}_a{d}_1}\·(1-e^{-{\mathrm{\β}}_s\mathrm{ds}})\end{array}\right.---\left(5\right)$

将方程组(4)的解β_a和A代入方程组(5)式，求解上述方程组，即可得到未知量和S。其中，和S分别表征了红外探测器与黑体目标连线路径上的烟幕衰减率和红外辐射强度。

按照上述方法，通过布置多个红外探测器的方式可实现多点烟幕衰减率及辐射强度的测量。图5为有烟幕干扰时红外探测器测量多点烟幕衰减率及辐射强度示意图。下面以三点探测为例说明其用法。

第一黑体目标1及第二黑体目标6放置在转台9上，转台9置于烟幕8的左侧，红外探测器3-1、红外探测器3-2、红外探测器3-3分别布置于烟幕8的右侧，转台9在电机的驱动下，使第一黑体目标1及第二黑体目标6依次对准红外探测器3-1、红外探测器3-2、红外探测器3-3，各探测器依次测得第一黑体目标1及第二黑体目标6的红外辐射强度，由此计算传输路径ds1、ds2、ds3上烟幕的衰减率和红外辐射强度。

当转台速度较高、红外探测器积分时间较短、烟幕扩散速度较慢时，可认为上述方法是一种测量烟幕衰减率及辐射强度分布的准实时测量方法，即认为一定时间段内、不同时刻测量的多点烟幕衰减率及辐射强度，与同一时刻的测量结果的差别在误差允许范围内。

Claims (3)

1.一种同时测量烟幕衰减率及辐射强度的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、烟幕释放前,采用红外探测器分别测量第一黑体目标(1)、第二黑体目标(6)的红外辐射强度D₁、D₂；

步骤二、将第一黑体目标(1)、第二黑体目标(6)分别放置于距红外探测器(3)的距离分别为d₁、d₂处，红外探测器测得第一黑体目标(1)、第二黑体目标(6)的红外辐射强度E₁、E₂；

步骤三、依据无烟幕时的红外辐射衰减模型，建立方程组，求解得到大气衰减系数β_a和环境红外辐射强度A；

步骤四、释放烟幕时，测量第一黑体目标(1)、第二黑体目标(6)的红外辐射经过烟幕衰减，到达红外探测器的红外辐射强度分别为E′₁、E′₂；

步骤五、依据有烟幕时的红外辐射衰减模型，建立方程组，求解得到红外探测器与黑体目标连线路径上的烟幕衰减率和烟幕红外辐射强度S。

2.根据权利要求1所述的一种同时测量烟幕衰减率及辐射强度的方法，其特征在于：所述的第一黑体目标(1)和第二黑体目标(6)还可以是红外辐射强度已知的灰体目标。

3.根据权利要求1所述的一种同时测量烟幕衰减率及辐射强度的方法，其特征在于：所述的红外探测器(3)，既可以是红外辐射计，也可以是其它可测量红外辐射强度的设备。