题目：空间目标红外特性试验研究与数值仿真

现代战争中，光电探测技术的应用极大地拓展了对战场信息进行探测、监控和获取的能力，从而深刻地影响了战争进行的方式和面貌。弹道导弹中段是开展目标探测识别和进行有效防御的重要阶段。因此，建立中段目标红外特性研究模型，通过试验和仿真方法预测空间目标在飞行过程中的温度、红外辐射等特性变化，对于目标特性研究领域具有重要的学术参考价值。本文针对某真实弹头目标的缩比模型开展红外特性研究。首先从物理基础理论出发，建立了直接模拟固体表面辐射特性参数的仿真模型及程序，获得了金属表面辐射特性参数仿真结果。建立了合理的物理模型来模拟影响地面试验的各种因素，按照试验过程开展空间目标红外特性的仿真。设计并建造空间目标红外特性地面模拟试验系统，研究开展空间目标特性地面试验的可行性，获得试验数据，进行试验与仿真结果对比。通过对该目标的红外8.0~14.0µm波段试验和仿真数据分析对比，获得了空间目标红外辐射特性的时空变化规律，确定了影响空间目标红外特性的关键因素在数值仿真和试验中的作用规律。本文的主要研究成果如下：（1）根据固体表面与辐射作用的物理本质，在建立金属粗糙表面数值模拟模型的基础上，采用直接模拟方法，对辐射物理过程建立数值仿真模型，通过对大量光子的跟踪，分别模拟辐射源、光子运动过程和光子与固体表面作用过程，根据统计结果获得金属表面辐射特性参数发射率的仿真模拟结果。通过仿真结果可知，金属材料的电导率和自由电子是影响金属表面光谱发射率的重要参数，同时随着表面粗糙度的增加，相同角度下金属表面方向发射率相应增大。（2）建立了适用于中段目标红外辐射特性试验模拟的物理数学模型，编写仿真程序针对特定空间目标红外辐射特性试验开展数值仿真研究。在仿真程序中，综合考虑了空间目标的弹道变化、空间目标的几何结构、非稳态三维导热计算、目标红外辐射特征计算和传感器观测几何光系等因素影响。（3）设计并建立了空间目标红外特性地面模拟试验系统，针对特定的缩比试验模型的目标模拟试验分系统进行了详细设计，并开展数值仿真研究，确保性能最优。针对特定试验目标开展了多因素多作用水平组合的不同试验过程的模拟试验，观察到典型的试验现象，获得大量有效的试验数据，为空间目标地面模拟试验的进一步研究奠定坚实的工程基础。（4）通过对空间目标红外辐射特性试验和数值仿真数据对比分析，获得空间目标红外特性的时空分布规律。空间目标的数值仿真和试验结果具有一致性，说明空间目标特性仿真程序结果可信，在地面开展目标特性模拟试验具备可行性和实用性。空间目标红外辐射特性随时空变化规律受到辐照条件、空间目标初始温度、空间目标物性参数和空间目标运动状态的共同影响。