一种剔除杂散辐射对空间目标辐射特性地面模拟测量影响的方法与流程

文档序号：17691028发布日期：2019-05-17 21:02阅读：338来源：国知局

本发明属于目标辐射特性测量领域，具体涉及一种剔除杂散辐射对空间目标辐射特性地面模拟测量影响的方法。

背景技术：

为了在地面研究目标在空间环境下的红外辐射特性，一般需建立空间环境模拟器以模拟空间的真空、低温及热辐射环境，然后将被测目标放在空间环境模拟器中，利用红外辐射测量设备进行测量。当空间环境模拟器模拟的热辐射环境与目标在真实空间环境的热辐射环境一致时，可以以地面试验结果等效目标在真实空间的辐射特性。为模拟真空环境，空间环境模拟器为一真空密闭容器，真空度小于10^-3pa，空气对流传热可以忽略。为模拟目标的热辐射环境，容器内一般还有太阳辐射模拟器、地球辐射模拟器及低温热沉，分别模拟太阳辐射、地球辐射及4K的深空背景。此外，容器内还有辐射测量设备及其他辅助测量装置。

由于以下原因，在空间环境模拟器中测量得到的目标红外辐射特征难以等效目标在真实空间环境的辐射特性。

原因一：太阳辐射模拟器除了照射被测目标外，还会照射到容器内其他表面，造成反射，形成杂散辐射，影响测量结果，与目标在真实空间不同。

原因二：空间环境模拟器中的测量设备及辅助测量装置产生的辐射和反射光对目标的辐射特征有影响

原因三：从红外辐射测量设备上无法辨别目标辐射量是杂散辐射还是所需的辐射量。

目前还没有方法可以消除杂散辐射对测试的影响，而且杂散辐射对测试的影响不能忽略不计。对于常温目标，杂散辐射的影响在10％以上，对于低温目标，杂散辐射影响甚至可达50％以上。因此，亟需研制一种剔除杂散辐射对目标辐射特性测量影响的方法，，以解决上述问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是一种剔除杂散辐射对目标辐射特性测量影响的方法，以提高目标红外辐射特征的等效精度。

为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：

一种剔除杂散辐射对目标辐射特性模拟试验影响的方法，该方法应用的空间目标辐射特性地面模拟试验系统为空间环境模拟器，包括以下步骤：

步骤1：通过地面试验测量目标的辐射量

(1.1)确定试验状态

在空间目标辐射特性地面模拟试验系统中，依据真实空间环境的辐射环境，设定环境模拟器中各部件参数；

(1.2)开展试验

当空间目标辐射特性地面模拟试验系统内各部件达到测试条件时，利用红外辐射测量设备对目标的红外辐射进行测量，得到目标在该方向的辐射量；

步骤2：理论计算目标沿测试设备观测方向的有效辐射量

(2.1)建立空间目标辐射特性地面模拟试验系统中各个目标的三维几何模型，然后基于已建立的场景几何模型，整体上划分求解热平衡方程所需的三维计算网格数据；

(2.2)以计算网格、场景定义文件通过目标及场景组装模块生成所需分析的场景；

(2.3)以场景网格数据、目标工况参数及热物性参数、太阳辐照模拟器参数、计算控制参数及输出控制参数等作为输入参数，然后综合考虑太阳辐照模拟器、地球辐照模拟器、热沉、转台、及被测目标之间的相互传热，通过编制的三维辐射换热求解模块与三维非稳态热平衡方程求解模块进行耦合求求解，以计算出瞬态温度场分布数据；

结合根据各部件的物性参数及试验条件，根据辐射换热方程及传热方程，理论计算得到目标在给定测量条件下的温度分布及辐射热流情况；

(2.4)基于求解获得的各目标温度场数据，计算输出实验环境中目标在热像仪设定波段下的红外特性分布；

根据目标的温度分布及模拟器内辐射热流传递情况，计算目标沿测试设备观测方向的有效辐射量；

有效辐射包括目标自身的热辐射及反射的背景辐射；

步骤3：计算模型及计算结果可靠性验证

对比步骤1的试验结果与步骤2的计算结果中模拟器内辐射热流传递情况，验证计算模型及计算条件的正确性：

当步骤1的试验结果与步骤2的计算结果的误差＜10％时，确认计算模型满足要求，空间环境模拟器模拟的热辐射环境与目标在真实空间环境的热辐射环境一致；

当步骤1的试验结果与步骤2的计算结果的误差≥10％时，修改计算模型，直到误差小于10％；

步骤4：计算杂散辐射的影响值

在计算模型中，通过加入或者去除部件，分别计算各部件对目标部件辐射的影响；

将太阳辐照模拟器照射到的被测目标之外的其他表面的反射率分别设为0与真实值，计算不必要的太阳辐射对目标部件辐射值的影响；

步骤5：从试验辐射值中减去杂散辐射影响

将步骤1的试验辐射值减去步骤4计算所得的影响值，实现减小杂散辐射对辐射特性测量影响的效果，得到目标辐射量更接近目标在真实空间环境的辐射值。

进一步的，如上所述的一种剔除杂散辐射对目标辐射特性模拟试验影响的方法，空间环境模拟器为真空密闭容器，真空度小于10^-3pa，空间环境模拟器内设置太阳辐射模拟器、地球辐射模拟器及低温热沉，分别模拟太阳辐射、地球辐射及4K的深空背景；空间环境模拟器内还设有辐射测量设备。

进一步的，如上所述的一种剔除杂散辐射对目标辐射特性模拟试验影响的方法，真空密闭容器的直径为3m，材质为不锈钢，温度保持常温；太阳辐照模拟器的照射直径为1m，输出照度为1430W/m²；地球辐照模拟器的直径为2.5m，温度保持300K，表面发射率为0.95；低温热沉的材质为铜，温度保持85K，发射率为0.95；被测目标的初始温度为300K。

进一步的，如上所述的一种剔除杂散辐射对目标辐射特性模拟试验影响的方法，步骤(1.2)中，红外辐射测量设备为热像仪，波段选择为中波、长波中的一种。

进一步的，如上所述的一种剔除杂散辐射对目标辐射特性模拟试验影响的方法，步骤(2.1)中，空间目标辐射特性地面模拟试验系统中各个目标的三维几何模型通过以下建模工具中的一种或多种建立：UG、ProE、Solidworks。

进一步的，如上所述的一种剔除杂散辐射对目标辐射特性模拟试验影响的方法，步骤3中，通过调整三维计算网格数据中网格的大小、核实边界条件、调整计算模型与实际情况的相似度来修改计算模型。

本发明的有益效果在于：通过建立试验环境辐射特性的计算模型，在模型中加入或者去除部件，设定指定表面的反射率，分离出杂散辐射对目标部件的影响，从而减小了模拟测量误差。通过对比试验结果与计算结果，可以验证计算模型及计算条件的正确性，确保计算结果可信。

附图说明

图1为减小杂散辐射对空间目标辐射特性地面模拟测量影响的方法流程。

图2为空间目标辐射特性地面模拟试验系统组成示意图。

图中：1为真空容器，2为液氮热沉，3为太阳辐照模拟器，4为地球辐照模拟器，5为转台，6为测量导轨，7为测量设备，8为被测目标。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细说明。

本发明的核心思想是建立空间环境模拟器的辐射传热分模型，通过理论计算目标在空间环境模拟器的辐射量。通过对比理论计算结果与地面试验结果，验证模型的准确性。根据验证后的模型，计算杂散辐射对目标的影响值，将地面测试结果减去杂散辐射的影响值，得到目标辐射量更接近目标在真实空间环境的辐射值。如图1所示，具体步骤如下：