基于近红外H2O的吸收光谱,开发了一种同时测量高速气流温度、速度及H2O摩尔分数等参数的方法并在超声速燃烧场中开展了应用研究,分析了超声速燃烧场中存在的现象及规律。基于扫描波长调制光谱技术,利用两条H2O吸收谱线在超燃直连台隔离段和扩张段中开展了实验研究,实现了多参数的同时测量。燃烧室点火后:隔离段内无激波时,气流速度、温度、压强和H2O摩尔分数测量值与预测值基本吻合,相对偏差分别小于3.0%、7.2%、8.2%和3.9%;有激波时,气体速度、温度、H2O摩尔分数和压力都发生了明显变化,空气质量流量均值变化不明显,但波动明显增大。实验结果表明,基于波长调制光谱的传感器具有重要的工程应用价值。

文中对天基和地基两种观测平台下高超声速滑翔飞行器的点源红外可探测性进行了分析; 通过双温度模型的N-S方程和气固耦合模型获得流场参数和壁面温度, 并基于逐线法获得气体的物性参数; 基于视在光线法求解辐射传输方程来获得HTV-2飞行器的点源本征辐射特性, 并考虑大气透过率、背景以及路径辐射参数下计算不同平台的可探测性。结果表明: 目标的中长波辐射强度强烈依赖于本体辐射, 气体辐射可以忽略; 3~5 μm谱带内的本征辐射较8~12 μm高近一个量级; 在固定探测器灵敏度(10-12 W/cm2)下, 最大探测距离强烈依赖于波段和探测角度。3~5 μm谱带内地基和天基观测的理想最大探测距离分别为450 km和1 450 km, 8~12 μm谱带分别为300 km和550 km。

无人机红外辐射特性建模及图像仿真计算具有重要意义。利用CFD软件计算无人机温度分布, 建立了蒙皮稳态温度数据库和满足精度需求的温度插值算法, 实现了无人机蒙皮温度的插值计算; 提出网格编号投影思想, 改进基于深度缓存的正交投影方法, 建立了适于红外图像的二维投影算法; 基于无人机辐射、大气传输和探测器响应的光谱特性, 采用光谱积分方式计算无人机光谱及波段红外特性和图像序列, 建立了无人机红外辐射计算模型。对无人机红外辐射特性和模型计算速度进行了分析, 并与某型无人机实测数据进行了比对, 结果表明: 模型计算误差小于20%, 可用于仿真实验测试与分析。

辐射定标数据在目标辐射特性数据测量和仿真试验应用中均有重要作用。首先对焦距固定红外探测系统外场定标方法进行了初步分析。采用近距离直接扩展源法、远距离扩展面源法和平行光管定标法对焦距固定红外探测系统进行了定标实验研究。实验发现: 近距离直接扩展源法对旋转的红外探测系统不适用; 远距离扩展面源法对路径辐射、路径透过率和环境辐射修正较为困难; 平行光管定标法操作较为麻烦, 但考虑目标特性数据的有效性和实用性, 需考虑平行光管定标。文中对焦距固定红外探测系统辐射外场定标技术改造研究、红外目标特性测量系统研制具有较大的参考意义。

高低海拔地区气象环境迥异，将对可见光目标背景对比度产生影响。通过分析高低海拔地区到达探测系统前目标可见光对比度随月份变化，得到高海拔地区目标背景对比度优于低海拔地区。分析了高海拔地区太阳直射照度随气象参数变化、高低海拔地区辐射参数随月份的变化，指出高海拔地区能见度是影响其目标背景对比度的主要因素。各个月份平均气象条件下高海拔地区目标背景亮度约为低海拔地区一倍以上，将使得在低海拔地区使用的可见光探测系统直接饱和。

介绍了基于DMD红外动态场景投射器的红外捕获跟踪设备辐射式仿真试验系统。分析了DMD场景投射器成像原理, 研究了其与被测系统光学匹配条件及调整方法。分析了DMD场景投射器灰度等级调制原理, 研究了其与被测系统信号同步条件及调整方法, 并对信号同步过程中可能出现的现象进行了分析。分析了影响DMD场景投射器至被测系统探测器能量传输的主要因素, 研究了DMD场景投射器辐射特性定标方法、及与被测系统能量匹配方法。利用所设计的仿真试验系统及试验方法, 针对某型红外捕获跟踪设备开展了辐射式仿真实验, 对被测系统部分性能指标进行了初步的考核。

烟幕具有对红外波段的吸收、反射和散射等特性,可以导致红外成像系统接收到的能量大大衰减,降低其探测能力。烟幕的运动特性、形态特性和透过率分布等对红外成像系统干扰效果均有影响。在分析红外探测系统响应和烟幕透过率特性的基础上,基于实测烟幕数据仿真了单发烟幕的辐射特性、运动特性、形态特性和透过率分布。结果表明基于实测烟幕数据的烟幕仿真较好地体现了烟幕形态特性和运动特性等对红外探测系统跟踪性能的影响,为红外烟幕的仿真提供了一种有效的方法。

根据导弹蒙皮温度场气动加热、辐射换热和内部导热耦合作用机理，对导弹蒙皮温度场进行数值计算，分析了飞行速度和环境温度对导弹蒙皮温度的影响关系，建立简化模型模拟了非稳态条件下蒙皮温度变化，并与稳态计算结果比对分析。结果表明：导弹蒙皮温度与导弹马赫数的平方、环境温度有良好的线性关系；环境温度以 0.5 K/s速率降低时 5s后导弹蒙皮简化模型非稳态计算结果与稳态计算结果有约 2.4 K的差异。

非均匀性是焦平面红外成像设备的固有特性，影响成像质量。介绍了非均匀性产生的原因、校正方法及校正残差的描述方法。从理论上分析计算了不同校正方法的校正残差及其变化规律。并针对某 VOx非制冷热像仪实测图像数据计算了不同校正方法、不同温度下的校正残差大小，得出在使用单点校正方法测量时尽量将校正温度点选在测量对象温度(等效黑体温度)分布的中间位置及使用两点校正时校正温度尽量设置在测量对象温度区域(等效黑体温度)两侧的结论。