5.1  ANSYS有限元分析软件简介 27

5.2  目标的有限元热分析 31

结  论 49

致  谢 50

参考文献 51

1  绪论

1.1  红外成像仿真     

红外成像仿真是通过将红外探测器接收到的场景热辐射量映射成灰度值，进而转化为肉眼能识别的可见光图像。

国防工业迫切要求的是一种高效，快速适用于各种复杂环境和干扰条件下能够准确捕捉目标的红外成像制导系统，传统方法采用的是外场试验来获取不同场景不同大气条件下的红外图象，耗时长，耗资大，气象条件不稳定，这些局限和缺点使得红外成像仿真技术被提出。

利用计算机模拟的红外成像仿真技术能够逼真地生成不同场景不同大气条件下目标和背景的红外图像，快捷高效，交互性强、周期短、费用低，大量的红外仿真结合有限次的实地测试构成了测评红外系统的最佳途径。

红外仿真，按目标与背景的性质可以分为以下四类：地面目标与地物背景，海面目标与海洋背景，空中目标与天空背景，空间目标与深空背景，本文主要研究地面目标与地物背景的红外成像仿真。又可分为红外目标的成像模拟和红外背景的成像模拟。

背景的红外成像模拟采用红外纹理映射的方法来实现。在对背景进行三维实体建模后，用红外纹理映射加以适当的扰动来产生相应背景的红外纹理图像。目标的红外成像模拟，主要包括以下两个建模过程：三维实体建模和热交换过程建模。

三维实体建模：目标外形的建模主要是靠一些常用的三维图形绘制软件，如3D MAX或Solidworks等建模生成，通过调用计算机的图形绘制接口（如OpenGL）来重建目标。三维实体建模的准确与否会直接影响后面的温度场分析，进而影响目标的红外辐射分布。

热交换过程建模又分为目标内部的热交换和目标与周围环境的热交换过程，目标内部的热交换主要包括热传导，内部空气的热对流和热辐射；目标与周围环境的热交换主要分为目标表面受太阳辐射和大气长波辐射而产生的辐射热量交换以及目标和周围空气发生的对流换热。一般带有动力装置的地面目标，如坦克，装甲车，其发动机部位，发动机排气口和发动机排出的热气所形成的烟尘相对于周围环境来说有较高的温度，内热源是影响目标整体红外辐射分布的重要因素之一。

为得到最终的目标红外辐射分布，本文采用的方法是将建好的三维实体模型导入有限元分析软件ANSYS进行热分析，得出目标表面的温度场分布后，用openGL将目标重建并得到目标的红外辐射分布。

对目标与背景进行红外合成，就可以得到整个红外场景。合成还需要考虑目标与背景之间的相互热作用。

1.2  国内外发展概况

1.3  本文的研究内容和结构

1.3.1  研究内容

目标的红外辐射场仿真的难点和重要环节是目标的几何建模以及环境对目标红外辐射的影响，要求有高的逼真度。

本文主要是以地面军事目标为研究对象，这些目标大多为带有内热源的坦克，装甲车，吉普车等各种运输车辆，通过三维建模以及相应的有限元热分析得到目标的温度场分布，再根据普朗克公式计算得到相应目标的红外辐射场分布。

1.3.2 论文结构

本文分为六章进行论述。

第一章介绍了红外仿真的基本知识，分析了国内外在红外场景仿真方面的概况以及红外仿真的重要意义，并提出了本文的研究内容。