一种固体目标光学特性的计算方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种固体目标光学特性的计算方法和装置，所述方法的一实施方式包括：建立固体目标的三维红外模型，并将固体目标表面分割为多个面单元；获取预先计算完成的所述面单元之间的角系数数据，利用所述角系数数据确定每一面单元的辐射出射能量数据和辐射入射能量数据；依据所述辐射出射能量数据和辐射入射能量数据构建每一面单元的能量平衡方程；求解每一面单元的能量平衡方程组成的方程组，获得固体目标表面的温度分布数据，由获得的温度分布数据计算固体目标的红外光学特性数据。该实施方式能够快速计算固体目标的红外光学特性。

A calculation method and device for optical properties of solid targets

【技术实现步骤摘要】
一种固体目标光学特性的计算方法和装置
本专利技术涉及光学特性计算
，尤其涉及一种固体目标光学特性的计算方法和装置。
技术介绍
对固体目标光学特性建模的难点及关键就是其各面元之间的热交换、遮挡以及多次散射等相互作用，影响目标光学特性描述的精细度，并且在目标光学特性仿真计算中占用的时间较长。尤其在固体目标温度场和红外辐射场计算过程中，对目标面元之间的角系数和热辐射传递系数的计算占据了大量的仿真时间，降低了仿真模型的时效性。因此，研究固体目标光学特性仿真模型的输入接口，梳理模型仿真流程，通过测试分析，研究模型的快速算法流程，一方面提高固体目标光学特性的仿真速度，另一方面可对固体结构目标光学特性精度提供依据，提高固体目标光学特性仿真模型运行的稳定性与时效性。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：在计算固体目标的红外光学特性时如何提高仿真计算速度。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种固体目标光学特性的计算方法。本专利技术实施例的固体目标光学特性的计算方法包括：建立固体目标的三维红外模型，并将固体目标表面分割为多个面单元；获取预先计算完成的所述面单元之间的角系数数据，利用所述角系数数据确定每一面单元的辐射出射能量数据和辐射入射能量数据；依据所述辐射出射能量数据和辐射入射能量数据构建每一面单元的能量平衡方程；求解每一面单元的能量平衡方程组成的方程组，获得固体目标表面的温度分布数据，由获得的温度分布数据计算固体目标的红外光学特性数据。优选地，所述预先计算完成的所述面单元之间的角系数数据存储在配置文件中。优选地，每一面单元的辐射入射能量数据为天空对该面单元的辐射能量数据、地面对该面单元的辐射能量数据、太阳对该面单元的辐射能量数据以及固体目标中其它面单元对该面单元的辐射能量数据之和；每一面单元的辐射出射能量数据为该面单元自身辐射出射能量数据与该面单元反射能量数据之和。优选地，每一面单元的能量平衡方程为：关于该面单元内表面的辐射入射能量数据与辐射出射能量数据的差值、该面单元外表面的辐射入射能量数据与辐射出射能量数据的差值、该面单元内外表面与外界空气之间的对流能量数据、以及该面单元与固体目标其它面单元之间的传导能量数据的等式。在另一方面，本专利技术还提供了一种固体目标光学特性的计算装置。本专利技术实施例的固体目标光学特性的计算装置可包括：建模单元，用于建立固体目标的三维红外模型，并将固体目标表面分割为多个面单元；辐射能量计算单元，用于获取预先计算完成的所述面单元之间的角系数数据，利用所述角系数数据确定每一面单元的辐射出射能量数据和辐射入射能量数据；方程建立单元，用于依据所述辐射出射能量数据和辐射入射能量数据构建每一面单元的能量平衡方程；光学特性计算单元，用于求解每一面单元的能量平衡方程组成的方程组，获得固体目标表面的温度分布数据，由获得的温度分布数据计算固体目标的红外光学特性数据。可选地，所述预先计算完成的所述面单元之间的角系数数据存储在配置文件中。可选地，每一面单元的辐射入射能量数据为天空对该面单元的辐射能量数据、地面对该面单元的辐射能量数据、太阳对该面单元的辐射能量数据以及固体目标中其它面单元对该面单元的辐射能量数据之和；每一面单元的辐射出射能量数据为该面单元自身辐射出射能量数据与该面单元反射能量数据之和。可选地，每一面单元的能量平衡方程为：关于该面单元内表面的辐射入射能量数据与辐射出射能量数据的差值、该面单元外表面的辐射入射能量数据与辐射出射能量数据的差值、该面单元内外表面与外界空气之间的对流能量数据、以及该面单元与固体目标其它面单元之间的传导能量数据的等式。本专利技术的上述技术方案具有如下优点：本专利技术可提供一种固体目标光学特性的快速仿真方法，解决以往在固体目标光学特性仿真计算中占用时间较长，模型软件运行时效性较低的问题。具体地，在固体目标的集合结构和面单元尺寸固定之后即计算好各角系数数据并存储在配置文件，这样在计算目标红外光学特性数据时即可直接调用配置文件，从而大大缩短仿真时间。附图说明图1是本专利技术实施例的固体目标光学特性的计算方法的具体步骤示意图；图2是本专利技术实施例的固体目标光学特性的计算装置的组成部分示意图；图3是根据本专利技术实施例可以应用于其中的示例性系统架构图；图4是用来实现本专利技术实施例中固体目标光学特性的计算方法的电子设备的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1是本专利技术实施例的固体目标光学特性的计算方法的具体步骤示意图。如图1所示，本专利技术实施例的固体目标光学特性的计算方法可根据以下步骤执行：步骤S101：建立固体目标的三维红外模型，并将固体目标表面分割为多个面单元。有关固体目标模型的红外理论建模，需要物体完整的三维几何信息以及与计算物体温度场和红外辐射场有关的材料的物性参数。与考虑的物体的红外辐射场理论模拟相关的物性参数包括导热率以及材料表面的发射率。对于不同的物体而言，导热率与其材质有关，了解了物体的构成材料，便可直接查得其导热率。在建立固体目标的三维红外模型之后，可利用有效辐射及表面辐射热阻等概念来考虑多次反射及空间几何位置的影响，将目标按一定的规律剖分成一定数量的单元。实际应用中，剖分越细，计算越精确，但同时也会增加计算量，因此，可以考虑计算精度以及计算时间合理剖分目标。步骤S102：获取预先计算完成的所述面单元之间的角系数数据，利用所述角系数数据确定每一面单元的辐射出射能量数据和辐射入射能量数据。在本步骤执行之前预先计算角系数数据并存储在配置文件。具体地，在固体目标的几何结构及面单元尺寸固定后，该固体目标的几何模型就可完全确定，因此可预先计算好固体目标各面单元之间的角系数关系，形成目标构型的配置文件。在辐射特性计算时，通过判断调用配置好的目标构型文件，简化辐射特性计算流程，提高固体目标光学特性的仿真速度。尤其是对同一固体目标的光学特性进行仿真计算时，该计算流程可大大缩短仿真时间。角系数又称为形状因子，在计算规则几何形状表面的辐射能量传递中，利用角系数可以使计算非常方便。角系数体现为表面的几何形状、大小和各表面的相对位置关系，其使用时必须满足以下条件：表面是漫射体，既是漫辐射又是漫反射；表面辐射物性均匀；表面等温；表面的透射辐射均匀。对于固体目标表面两个彼此看得见的面单元dA1和dA2，角系数计算公式为：其中，dFd1,d2为dA1对dA2的角系数，dFd2,d1为dA2对dA1的角系数，l为两个面单元中心连线长度，θ1为该连线与dA1法线夹角，θ2为该连线与dA2法线夹角。此后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固体目标光学特性的计算方法，其特征在于，包括：/n建立固体目标的三维红外模型，并将固体目标表面分割为多个面单元；/n获取预先计算完成的所述面单元之间的角系数数据，利用所述角系数数据确定每一面单元的辐射出射能量数据和辐射入射能量数据；/n依据所述辐射出射能量数据和辐射入射能量数据构建每一面单元的能量平衡方程；/n求解每一面单元的能量平衡方程组成的方程组，获得固体目标表面的温度分布数据，由获得的温度分布数据计算固体目标的红外光学特性数据。/n

【技术特征摘要】
1.一种固体目标光学特性的计算方法，其特征在于，包括：
建立固体目标的三维红外模型，并将固体目标表面分割为多个面单元；
获取预先计算完成的所述面单元之间的角系数数据，利用所述角系数数据确定每一面单元的辐射出射能量数据和辐射入射能量数据；
依据所述辐射出射能量数据和辐射入射能量数据构建每一面单元的能量平衡方程；
求解每一面单元的能量平衡方程组成的方程组，获得固体目标表面的温度分布数据，由获得的温度分布数据计算固体目标的红外光学特性数据。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预先计算完成的所述面单元之间的角系数数据存储在配置文件中。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
每一面单元的辐射入射能量数据为天空对该面单元的辐射能量数据、地面对该面单元的辐射能量数据、太阳对该面单元的辐射能量数据以及固体目标中其它面单元对该面单元的辐射能量数据之和；
每一面单元的辐射出射能量数据为该面单元自身辐射出射能量数据与该面单元反射能量数据之和。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，每一面单元的能量平衡方程为：关于该面单元内表面的辐射入射能量数据与辐射出射能量数据的差值、该面单元外表面的辐射入射能量数据与辐射出射能量数据的差值、该面单元内外表面与外界空气之间的对流能量数据、以及该面单元与固体目标其它面单元之间的传导能量数据的等式。


5.一种固体目标光学特性的计算装置，其特征在于，包括：
建模单元，用于建立固体目标的三维红外模型，并将固体目标表面分割为多个面单元；
辐射能量计算单元，用于获取预先计算完成的所述面单元之间的角系数数据，利用所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：林娟，马静，吴开峰，刘兴润，朱希娟，
申请(专利权)人：北京环境特性研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11