题目：战场环境红外建模与仿真关键技术研究

采用红外成像技术的武器系统通常具备精度高、抗电磁干扰能力强、隐蔽性好且使用灵活等特点。这类系统在研发与设计过程中需要大量的战场目标与背景红外图像用于其论证、设计、测试和评估。野外试验方法能获得实拍的红外图像，却需要耗费较高的人力、物力和财力，不易获得任意军事目标和背景、任意气象条件的红外图像。战场环境的红外建模与仿真技术为解决这类问题提供了有效的手段，正因为如此，战场环境的红外建模与仿真技术备受各国军方的重视并成为当今军事领域重点研究和发展的军用技术之一，其研究具有重要的意义。

本文围绕战场环境中目标和背景的红外建模与仿真中的关键技术问题，针对飞行器的气动加热、发动机对飞行器蒙皮影响的红外辐射、尾焰的红外辐射、复杂地面背景的红外辐射展开了深入的研究工作。综合了传热学、红外物理、流体力学、发动机原理、计算机图形学等多学科的相关知识，针对目标和背景红外建模仿真中仿真精度和解算效率的权衡问题，提出了新的建模仿真方法，在保证仿真精度的同时提高解算的效率。全文的主要工作包括以下几个方面：

（1）针对飞行器的气动加热问题，提出了一种基于面元网格的蒙皮气动加热红外特性快速预测方法。建立了基于面元网格的飞行器表面流场解算模型求解表面边界层外缘流场参数，利用该流场参数建立了气动加热模型，求解气动加热影响下蒙皮的温度分布，再利用蒙皮温度分布数据结合蒙皮的材质特性求解飞行器蒙皮的零视距红外辐射亮度分布。该方法基于流体力学原理，可以模拟动态变化飞行工况下气动加热特性对飞行器蒙皮温度和红外辐射分布的影响。

（2）针对发动机对蒙皮影响的红外辐射问题，提出了一种发动机和蒙皮之间的换热计算模型。建立了发动机部件级模型快速求解发动机各部件进出口温度分布，建立了发动机表面面元网格与飞行器蒙皮面元网格之间的换热模型，并将此换热模型加入飞行器蒙皮网格的热平衡方程中求解发动机影响下飞行器蒙皮的温度和零视距红外辐射亮度分布。该方法基于发动机原理求解发动机各部件进出口温度分布，并应用于发动机与飞行器蒙皮的换热计算中，可以模拟动态变化的飞行工况和发动机工作状态下发动机对飞行器蒙皮红外辐射特性的影响。

（3）针对飞行器尾焰的红外辐射问题，提出了一种基于特征线的尾焰红外特性预测方法。建立了特征线方程求解欠膨胀状态下尾焰流场温度和压力分布，建立了基于重心插值的尾焰流线模型求解尾焰的流线。将尾焰的流线模型与传统的C-G谱带模型法相结合，建立了尾焰的红外辐射模型。该方法中尾焰流场的入口参数来源于发动机模型喷口参数，可以模拟随飞行器飞行工况和发动机工作状态动态变化的飞行器尾焰红外辐射特性。

（4）针对复杂地面背景的红外辐射问题，提出了一种基于遥感图像分割和约束边界三角形网格划分的地面背景红外特性预测方法。建立了基于遥感图像材质边界的约束三角形网格模型，依据不同材质的换热机理建立了地形表面的红外辐射模型，通过红外辐射模型的求解获得表面的温度和零视距红外辐射亮度分布。该方法在地形三角形网格上基于物理模型进行表面温度和红外辐射分布的计算，可以模拟动态变化的环境条件下地形表面的红外辐射特性。同时，该方法可以与可见光场景建模很好的结合，使得战场环境的仿真向多光谱仿真方向发展。

最后，对本文的研究工作进行总结，指出本文研究工作的优势，并对进一步有待深入研究的问题进行展望。