光電隱身效果的評估評測

1、光電隱身是指消除、減小、改變或模擬目標(biāo)和背景之間在紫外、可 見光、紅外波段的反射特性差別，以降低目標(biāo)在紫外、可見光和紅外波 段的可探測性所實(shí)施的隱身技術(shù)光電隱身主要包括紫外隱身（0.30 0.40|j m）、可見光隱身0.400.76|J m）、近紅外隱身0.761.2 p m）、中遠(yuǎn)紅外隱身（35p m、814|j m）、激光隱身（1.06、1.54、 10.6|J m）等。光電隱身通常要經(jīng)過目標(biāo)的光電隱身設(shè)計(jì)、光電隱身材 料的制備和光電隱身效果評估試驗(yàn)個(gè)步驟。評估試驗(yàn)主要是對光電隱 身設(shè)計(jì)的合理性和光電隱身材料的性能以及整體隱身效果進(jìn)行評估。表征光電隱身性能的主要內(nèi)容有兩個(gè)：是材料性能，即

2、選擇什么 參數(shù)在實(shí)驗(yàn)室測試材料的隱身性能希望所選參數(shù)能夠用來在實(shí)驗(yàn)室進(jìn) 行隱身材料的比較和篩選;二是隱身效果，即選擇什么參數(shù)和方法對目 標(biāo)的隱身效果進(jìn)行評價(jià)希望所選參數(shù)能夠和宏觀的探測概率和探測距 離等聯(lián)系起來。評價(jià)光學(xué)隱身材料的性能需要根據(jù)具體的波段來考慮。 一般情況下，除了要求目標(biāo)與背景的光譜反射率曲線盡可能一致以外， 還要求光學(xué)隱身材料具有適合的亮度和光澤度。1、光電隱身效果的評估方法根據(jù)以上對光電隱身性能的表征論述分析對光電隱身效果的評估 應(yīng)從隱身材料性能參數(shù)考察和隱身效果評估兩方面來設(shè)計(jì)評估方法。11紅外隱身效果的評估大部分紅外隱身并不是采用發(fā)射率盡量低的材料涂覆被保護(hù)目標(biāo) 表面，減

3、弱目標(biāo)紅外輻射強(qiáng)度以達(dá)到對目標(biāo)的隱身而是研究制備各種 紅外發(fā)射率的材料，然后對目標(biāo)進(jìn)行紅外迷彩設(shè)計(jì)，使目標(biāo)的紅外輻射 特性分布與背景一致而實(shí)現(xiàn)紅外隱身。111材料隱身性能評估紅外材料隱身性能的評估主要是對材料的發(fā)射率進(jìn)行測定E實(shí)驗(yàn) 室內(nèi)，使用紅外輻射計(jì)測量在不同溫度時(shí)不同隱身材料的輻射出射度， 將其測量數(shù)據(jù)與相同溫度的黑體相比較測定材料的發(fā)射率。對不同發(fā) 射率材料的性能建立特性數(shù)據(jù)庫，作為目標(biāo)隱身設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。112隱身效果評估紅外隱身效果的評價(jià)主要是對運(yùn)用隱身材料按照特定目標(biāo)的紅外 輻射特性進(jìn)行隱身設(shè)計(jì)的效果進(jìn)行鑒定。與紅外隱身效果的表征相應(yīng), 其評價(jià)也有定性和定量兩種手段。在指標(biāo)測試方面

4、，主要是從紅外成像系統(tǒng)的探測能力出發(fā)根據(jù)目 標(biāo)的特性和紅外輻射在大氣中傳輸?shù)奶攸c(diǎn)找出實(shí)現(xiàn)目標(biāo)紅外隱身的條 件。假設(shè)目標(biāo)與背景的黑體等效溫差為Ts，目標(biāo)斑塊間的黑體等效溫 差為 To，當(dāng)A Tos增大時(shí)，目標(biāo)與背景間的對比度增大，當(dāng)To增大 時(shí)，目標(biāo)各部分間的對比度增大試驗(yàn)中測定在不同距離時(shí), Ts、A To的變化閾值，A Ts、A To在多大范圍內(nèi)變化時(shí)，目標(biāo)不被紅外成像 系統(tǒng)所探測到。試驗(yàn)方法如圖所示。圖1紅外隱身效果的定量評估測試示意圖首先將紅外成像跟蹤系統(tǒng)布設(shè)于實(shí)施隱身的模擬目標(biāo)前方!錄試 驗(yàn)距離和初始時(shí)刻的目標(biāo)與背景及目標(biāo)各斑塊的溫度使紅外成像跟蹤 系統(tǒng)對選定空間范圍內(nèi)進(jìn)行掃描搜索。若

5、發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，調(diào)整試驗(yàn)距離，等 待做下一次試驗(yàn)。若未發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，則對目標(biāo)加熱升溫，直至紅外成像跟 蹤系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)并鎖定目標(biāo)，記錄目標(biāo)當(dāng)前溫度。待目標(biāo)冷卻后，對目標(biāo)的 不同斑塊各自升溫,直至紅外熱像儀識別并鎖定目標(biāo)記錄目標(biāo)各斑塊 的溫度。反復(fù)進(jìn)行以上試驗(yàn)，對不同隱身的隱身效果進(jìn)行評價(jià)。在綜合評價(jià)方面,是觀察紅外成像系統(tǒng)對實(shí)施不同隱身的目標(biāo)的發(fā) 現(xiàn)、識別概率，從而對隱身效果做出評價(jià)。一種方法是將紅外成像跟蹤系統(tǒng)架設(shè)于海邊隱身模擬目標(biāo)于海上 同一距離移動，紅外成像跟蹤系統(tǒng)對選定海域進(jìn)行搜索，在鎖定目標(biāo) 后，人為地使跟蹤系統(tǒng)偏離目標(biāo)，將系統(tǒng)狀態(tài)改為搜索狀態(tài)，如此多次 對模擬目標(biāo)進(jìn)行搜索探測，統(tǒng)計(jì)對目標(biāo)的探測概率

6、。然后使目標(biāo)改變距 離，在不同的距離上反復(fù)進(jìn)行上述試驗(yàn)，進(jìn)而評價(jià)目標(biāo)隱身的效果。另一種方法是采用紅外熱像儀在野外采集大量包含背景的有關(guān)隱 身目標(biāo)的紅外圖像，然后，組織有經(jīng)驗(yàn)的人員對紅外圖像進(jìn)行判讀，或使用計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理技術(shù)對紅外圖像進(jìn)行特征提取找出合適的圖 像特征統(tǒng)計(jì)參數(shù)，目標(biāo)與背景的數(shù)字統(tǒng)計(jì)特征參數(shù)相差越大目標(biāo)隱身 效果越差，據(jù)此對隱身效果做出評價(jià)。12激光隱身效果的評估紅外隱身注重目標(biāo)材料的輻射特性而激光隱身則注重目標(biāo)的反射 特性。由脈沖激光測距機(jī)的測距方程可知，對于漫反射大目標(biāo)，其最 大測程與目標(biāo)反射率的平方根成正比對漫反射小目標(biāo),其最大測程與 目標(biāo)反射率的四次方根成正比對激光隱身效

7、果的評價(jià)必須從激光測距 機(jī)的最大測程和目標(biāo)反射率入手。121材料隱身性能評估材料的隱身性能評估就是對目標(biāo)的反射率的測量激光測距、激光 跟蹤和激光測速等測量系統(tǒng)在測量距離的要求及其分析方法是一致的。 在試驗(yàn)場測量中，通常以保證一定回波率的最大作用距離一一保證回波 作用距離來衡量測量設(shè)備的測量能力。激光測量系統(tǒng)的測量方程為(1)P K K A A p T 2 s s r s rl(1)兀 2 R 40 2 sin 2 一t I 4丿式中,Pr為激光接收系統(tǒng)接收功率;心為接收系統(tǒng)透過率;Ar為接 收口徑面積；Ps為激光器發(fā)射功率;e t為激光發(fā)射發(fā)散角；Ks為發(fā)射 系統(tǒng)透過率；As為目標(biāo)有效反射面積

8、；為單程大氣透過率;p為目標(biāo)反射系數(shù)；0 s為反射光發(fā)散角；Fs為發(fā)射激光束強(qiáng)度分布函數(shù);Fr為 接收光強(qiáng)度分布函數(shù)；為目標(biāo)距離。若將發(fā)射激光束近似為高斯光束，標(biāo)反射光束近似為均勻分布的 錐形光束，以0表示目標(biāo)偏離發(fā)射激光束中心的角度以卩表示接收口 徑偏離目標(biāo)反射光束中心的角度，則發(fā)射激光束和目標(biāo)反射光束的強(qiáng) 度分布函數(shù)分別為(2)80 2(2)t1 F(B )= r0在遠(yuǎn)距離目標(biāo)測試時(shí)，多采用大目標(biāo)作為被試對象若激光照射器 瞄準(zhǔn)照射，光斑全部落在目標(biāo)上,目標(biāo)偏離照射光斑能量中心的角度 為0則Fs（0 ）=2。根據(jù)實(shí)際測試情況可知一般卩W0 s/2,則Fr（卩）=1。 此時(shí)測量方程為2PKKA

9、ApT2(4)s s r s r(4)-(0 y兀 2 R 40 2 sin 2 st I 4丿在距離為R處目標(biāo)有效反射面積等于光斑大小為測量方程可簡化為2 P K K A p T 2 s s r r兀R2 sin 2 一I 4丿當(dāng)目標(biāo)為角反射器時(shí)，s很小，這時(shí)測量方程可近似為(7)8 P K K A p T 2 s s r r(7)兀R 20 2s當(dāng)目標(biāo)為漫反射目標(biāo)時(shí)，s=n，這時(shí)測量方程由式（6）可簡化為(8)而對于激光接收系統(tǒng)來說，漫反射目標(biāo)在接收光學(xué)系統(tǒng)前，激光所 形成的輻照度（功率密度）為P P K p T 2E = r = ss(9)r A K兀 R2r r適當(dāng)選擇大氣透過，可計(jì)算

10、出目標(biāo)在實(shí)施不同隱身材料時(shí)的近似反 射率，從而對目標(biāo)的隱身效果做出評價(jià)。122隱身效果評估激光隱身效果的評估有2種方法，一種方法是利用激光測距機(jī)對隱 身目標(biāo)進(jìn)行測量，另一種是利用激光半主動導(dǎo)引頭模擬器對隱身目標(biāo)進(jìn) 行實(shí)時(shí)探測。1.2.2.1激光測距評估法激光隱身效果可通過激光測距機(jī)測距做出評價(jià)將實(shí)施激光隱身的 目標(biāo)布設(shè)于試驗(yàn)地點(diǎn)，用GPS對試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行定位,用激光測距機(jī)對目標(biāo) 多次測距，以GPS給出的距離為真值，比較激光測距機(jī)測試距離，將準(zhǔn) 確測試次數(shù)與總測距次數(shù)相比，測定準(zhǔn)測率。將激光測距機(jī)和隱身目標(biāo)分開一定距離架設(shè)并使目標(biāo)做遠(yuǎn)距離測 距機(jī)的移動。同時(shí)激光測距機(jī)對目標(biāo)連續(xù)測距，直至無法測量時(shí)，記錄 最大測試距離，在確定準(zhǔn)測率下對測試最大距離進(jìn)行計(jì)算得出最大測 程。1.2.2.2激光探測評估法激光隱身效果可通過對激光半主動尋的器對目標(biāo)的探測概率做出 評價(jià)。其試驗(yàn)方法與紅外隱身效果定量評估的方法類似，女如圖所示。r激光照射系統(tǒng) -.:模擬目標(biāo) TOC o 1-5 h z 希述I!oj激光尋的系統(tǒng)T.RiJ :bE2_R:圖2激光隱身效果的探測評估測試示意圖將激光半主動尋的器與激光目標(biāo)照射器分開一定角度架設(shè)，使實(shí) 施激光隱