Infračervený podpis - Infrared signature

Infračervený podpis, jak je používá vědci z oblasti obrany a válečný, je vzhled objektů infračervené senzory. Infračervený podpis závisí na mnoha faktorech, včetně tvaru a velikosti objektu,[1] teplota,[2] a emisivita, odraz externích zdrojů (zemský svit, Sluneční svit, skyshine ) z povrchu objektu,[3] pozadí, na kterém je zobrazeno[4] a vlnové pásmo detekčního senzoru. Neexistuje tedy všeobjímající definice infračerveného podpisu ani žádné triviální prostředky k jeho měření. Například infračervený podpis nákladního vozidla při pohledu na pole se bude výrazně lišit v závislosti na měnícím se počasí, denní době a zatížení motoru.

Dva docela úspěšné příklady definování infračerveného podpisu objektu jsou zdánlivý teplotní rozdíl u senzoru a kontrastní intenzita záření (CRI) definice.

Zdánlivý teplotní rozdíl

Metoda zdánlivého teplotního rozdílu definující infračervený podpis udává fyzický teplotní rozdíl (např. V kelvinů ) mezi objektem zájmu a bezprostředním pozadím, pokud byly zaznamenané hodnoty záření změřeny z dokonalosti černé tělo Zdroje. Problémy s touto metodou zahrnují rozdíly v radiaci přes objekt nebo bezprostřední pozadí a konečnou velikost pixelů detektoru. Hodnota je komplexní funkcí rozsahu, času, aspektu atd.

Kontrastní intenzita záření

Metoda kontrastní intenzity záření definující infračervený podpis má vzít rozdíl v průměrné radiaci objektu a záření bezprostředního pozadí a vynásobit ho promítnutou oblastí objektu. Hodnota CRI bude opět záviset na mnoha faktorech.

Komerční software

Ve fázi návrhu je často žádoucí použít počítač k předpovědi toho, jaký bude infračervený podpis, než vyrobí skutečný objekt. Mnoho iterací tohoto predikčního procesu lze provést v krátkém čase při nízkých nákladech, zatímco použití rozsahu měření je často časově náročné, nákladné a náchylné k chybám.

Řada softwarových domů vytvořila softwarové balíčky pro predikci infračerveného podpisu. Ty obecně vyžadují zajímavý model CAD a velkou sadu parametrů k popisu konkrétního tepelného prostředí a vnitřních teplot platformy a tepelných vlastností stavebních materiálů. Software poté řeší sadu tepelných rovnic přes hranice a pro elektromagnetické šíření ve specifikovaném infračerveném vlnovém pásmu. Primárním výstupem je míra infračerveného podpisu, i když lze obvykle uvést povrchové teploty (protože je obvykle nutné je vypočítat, aby se získala předpověď infračerveného podpisu), a také vizuální znázornění toho, jak se scéna může jevit různým zobrazovacím infračerveným detektorům.

Modely predikce infračerveného podpisu je velmi obtížné ověřit, s výjimkou jednoduchých případů, protože je obtížné modelovat složité prostředí. Analýza citlivosti tohoto typu softwaru i experimentální měření ukázaly, že malé odchylky počasí mohou mít významný dopad na výsledky. Jako takové existují omezení toho, čeho lze dosáhnout modelováním infračerveného problému, a někdy je nutné experimentovat, aby se dosáhlo přesné znalosti povahy fyzické existence objektu v infračervených vlnových pásmech.

Infračervené utajení

Infračervené utajení je oblast technologie stealth zaměřené na snížení infračervených podpisů.[5] To snižuje náchylnost platformy k infračerveně naváděným zbraním a infračerveným sledovacím senzorům,[6] a tím zvyšuje celkovou přežití platformy. Infračervené utajení je zvláště použitelné pro vojenské trysky kvůli detekovatelným motorům[7] a pera[8] z non-stealth letadel, ale vztahuje se to také na vojenské vrtulníky,[9] válečné lodě, pozemní vozidla a sesednutí vojáci.

Vojenským cílem při studiu infračervených podpisů je pochopit pravděpodobný infračervený podpis hrozeb (a vyvinout vybavení potřebné k jejich detekci) a snížit infračervený podpis jejich vlastních aktiv na snímače hrozeb. V praxi by to mohlo znamenat vybavit válečnou loď senzory, aby detekovaly výfukové plyny přicházejícího protilodní střely a zároveň má infračervený podpis pod prahovou hodnotou detekce vedení infračerveného senzoru raketa.

Výfukový oblak přispívá významným infračerveným podpisem. Jedním ze způsobů, jak snížit IR podpis, je mít nekruhový ocasní potrubí (tvar štěrbiny), aby se minimalizoval průřezový objem výfukového plynu a maximalizovalo se směšování horkého výfukového plynu s chladným okolním vzduchem (viz Lockheed F-117 Nighthawk). K urychlení tohoto procesu je často záměrně vstřikován chladný vzduch do proudu výfukových plynů (viz Ryan AQM-91 Firefly a Northrop Grumman B-2 Spirit ). Někdy je výfuk trysky odvětráván nad povrchem křídla, aby jej chránil před pozorovateli níže, jako v Lockheed F-117 Nighthawk a nezdravé Fairchild Republic A-10 Thunderbolt II. Dosáhnout infračervené stealth, výfukový plyn se ochladí na teploty, kde je nejjasnější vlnová délka vyzařuje jsou absorbován atmosférickým oxidem uhličitým a vodní párou, což dramaticky snižuje infračervenou viditelnost oblaku výfuku.[10] Dalším způsobem, jak snížit teplotu výfukových plynů, je cirkulace chladicí kapalina kapaliny jako palivo uvnitř výfukového potrubí, kde slouží palivové nádrže chladiče chlazený proudem vzduchu po křídlech.[Citace je zapotřebí ]

Pozemní boj zahrnuje použití aktivních i pasivních infračervených senzorů atd USMC Dokument jednotných požadavků na pozemní boj specifikuje standardy kvality odrážející infračervené záření.[11]

Reference

  1. ^ Mahulikar, S.P., Potnuru, S.K., & Kolhe, P.S .: (2007) „Analytical estimation of solid angle subtended by complex well-resolved addresses for infrared detection“, Aplikovaná optika, v. 46(22), str. 4991-4998.
  2. ^ Mahulikar, S.P., Sane, S.K., Gaitonde, U.N & Marathe A.G .: (2001) „Numerical studies of infrared signature levels of complete aircraft“, Aeronautical Journal, v. 105(1046), str. 185-192.
  3. ^ Mahulikar, S.P., Potnuru, S.K., & Rao, G.A .: (2009) Study of sunshine, skyshine, and earthshine for aircraft infrared detection, Journal of Optics A: Pure & Applied Optics, v. 11(4), Ne. 045703.
  4. ^ Rao, G.A., & Mahulikar, S.P .: (2005) "Vliv atmosférického přenosu a záření na infračervené podpisy letadel", AIAA Journal of Aircraft, v. 42(4), str. 1046-1054.
  5. ^ Mahulikar, S.P., Sonawane, H.R., & Rao, G.A .: (2007) „Infrared signature studies of aerospace vehicles“, Pokrok v letectví a kosmonautice, v. 43(7-8), str. 218-245.
  6. ^ Rao, G.A., & Mahulikar, S.P .: (2005) „New kritérium pro citlivost letadel na naváděcí střely infračerveného záření“, Věda a technologie v letectví a kosmonautice, v. 9(8)701-712.
  7. ^ Mahulikar, S.P., Kolhe, P.S., & Rao, G.A .: (2005) „Predikce teploty kůže zadního trupu letadla s multimódovým tepelným modelem“, AIAA Journal of Thermophysics & Heat Transfer, v. 19(1), str. 114-124.
  8. ^ Mahulikar, S.P., Rao, G.A., Sane, S.K., & Marathe, A.G .: (2005) „Aircraft chrome infrared signature in nonafterburning mode“, AIAA Journal of Thermophysics & Heat Transfer, v. 19(3), str. 413-415.
  9. ^ Mahulikar, S.P., Prasad, H.S.S., & Potnuru, S.K .: (2008) „Potlačení infračerveného podpisu potrubí motoru vrtulníku na základě„ skrytí a maskování “, AIAA Journal of Propulsion & Power, v. 24(3), str. 613-618.
  10. ^ [1] Optical Warfare - The New Frontier
  11. ^ Podpora válečníků GAO-10-669R

Viz také