【红外仿真】舰船尾迹和海面红外仿真成像

引 言

随着红外探测技术的快速发展，在农业、医疗、军事领域都得到广泛的应用。在 19 世纪中叶，红外探测技术开始应用于天文学研究，到 20 世纪开始，红外技术快速发展，逐渐引进至军事应用，在多次军事行动中表现突出。目前，美国研发的设备最高分辨率可达到 0.001 ℃。

由于舰船热尾流所处环境比较复杂，需要考虑各种影响因素，采集大量的实验数据，但时刻变化的环境很难实现在某一特定环境背景下进行多次实验。因此，本文研究了粗糙海面红外传输特性，建立红外辐射传输模型，模拟仿真粗糙海面及潜艇尾迹高度场分布，综合考虑辐射传输过程中多种影响因素，最终模拟出不同海洋背景及不同探测高度的红外辐射亮度分布。

海面尾迹成像 

潜艇尾迹

潜艇在航行中会对海面造成一定影响，形成一条范围广并且很难消去的尾迹，舰船的尾迹主要由海表尾迹、湍流尾迹和内波 3 种组成，其中海表尾迹可以最为直观地被观测到。本文利用 Kelvin尾迹模型模拟海面尾迹，该模型是目前尾迹模型中相对比较成熟的模型，将尾迹简化为分歧波和横断波 2 类波组成，尾迹呈 V 字形展开，属于重力波的一种，尾迹结构如图 1 所示。

图 1 Kelvin 尾迹波形特征

红外成像映射模型

在针对某海域成像时为了图像更加真实立体，需要建立仿真坐标系，并且需要进行坐标转换。坐标系统示意图如图 2 所示。

图 2 红外成像模拟仿真坐标系统成像原理示意图

热尾流红外成像仿真计算

如图 3 所示，本文采用建模仿真的方法，基于尾流区海平面散度和高度特征，结合三维坐标变换和投影映射方法实现热尾流目标的成像仿真过程。

图 3 热尾流成像仿真计算流程图

结果分析

海面尾迹高度场仿真结果

假设海平面波动只受到尾迹影响，分别模拟了不同航速、不同季节的潜艇尾迹高度场分布，如图 4 及图 5 所示。

图 4 潜深 100 m、春季不同航速的高度分布图

图 5 潜深 100 m、航速 2 节不同季节的高度分布图

参考文献：黄子亮,张昊春,王琦. 舰船尾迹和海面红外仿真成像 [J]. 应用光学, 2023, 44 (02): 286-294.

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