不同发射率材料的红外隐身效果分析

材料可降低目标的红外辐射特征，实现目标红外隐身，增加目标的战场生存力，低发射率材料的红外隐身效果分析具有重要的军事研究价值。本文利用长波热像仪对几种不同发射率的红外材料样片进行了红外辐射测量，从不同环境温度、不同观察角度两个方面给出了红外辐射衰减分析结果，为后续研究低可探测目标的红外辐射分布特性提供借鉴。

关键词：发射率；红外隐身；环境温度；观察角度

中图分类号：TB383 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）13-230-02

0 引言

红外隐身就是利用屏蔽、低发射率涂料及伪装等技术降低目标的红外辐射特性，以达到隐身目的的一种隐身技术[1]。通过降低目标表面温度和低发射率表层设计可以实现目标的红外隐身，在通常条件下，降低武器装备表面温度比较困难，涂覆低发射率隐身涂层因使用方便，工艺简单，品种较多，既能明显降低目标的辐射能量，又能使目标的综合散射特性与背景相适应，从而降低目标被发现的概率，成为时下红外隐身技术研究的主要方式[2]。红外热像仪作为重要的军事探测与制导手段，已大量应用于各类武器装备和各种红外制导武器中，本文在外场利用红外热像仪，选取了几种不同发射率的材料样片，对样片在不同环境温度、不同观察角度下的红外辐射衰减效果进行了实测分析。

1 红外辐射测量原理简述

利用热像仪对目标进行红外辐射测试时，仪器所接收的有效辐射包括以下三个部分：目标自身辐射、环境反射辐射以及大气传输路径辐射，如图1所示。

这样，热像仪接收到的红外辐射能量为

其中，ε——目标发射率，Wobj——目标自身的辐射量，Wrefl——反射的外界能量，Watm——大气程辐射，τ——大气透过率。由公式（1）可见，要实现Wtotal的减小，可从以上几个因素的缩减来考虑。

本文计算时，首先不考虑大气衰减因素，这样，公式（1）简化为

Wtotal=εWobj+（1-ε）Wrefl （2）

由公式（2）可见，如果不考虑反射贡献时，要想实现红外辐射缩减的目的，则需要通过降低目标发射率来完成。

为更好地理解通过降低发射率来实现隐身的效果，首先从理论上计算出面积为1m2的物体在27℃，波段在8m～14m，ε从1降到0.1时的辐射亮度、辐射强度变化及缩减程度（计算时不考虑反射的贡献），如表1所示。

可以看出：发射率降低程度与辐射强度降低程度相当，正是基于这一原理，在红外隐身特性研究中，通过研究降低红外发射率来降低其红外辐射强度，以期达到红外隐身的目的。

上述分析结果未考虑物体自身的反射，实际上，发射率的降低将导致其反射率增大。因此，目标反射背景（太阳光、地面、云层等）辐射能量就大大增强，从而抵消了部分红外隐身效果。这也是实际隐身效果与理论上有很大差别的原因。

为此，本文对不同的材料样片在不同环境和不同观察角度时的实际辐射衰减效果进行测试分析。

2 不同环境温度下的辐射衰减效果分析

本文采用长波热像仪，对8种不同的材料样片进行测量分析，试验时，保持样片表面与热像仪镜头垂直，分别在三种典型的环境温度（标记为T1、T2、T3）下进行测量，并在其周围放置标准黑体进行比较。试验示意图如图2所示，其辐射温度衰减结果见表2。

从以上3组不同环境温度下的测试结果可以看出：样片垂直放置时，测试样片的辐射温度与环境温度基本相当，反射的能量主要来自周围环境的红外辐射，并通过与黑体标准比较，表明在这种情况下材料没有起到红外辐射衰减的作用，从而也就达不到红外隐身的效果。

3 不同观察角度下的辐射衰减效果分析

为进一步分析材料的红外辐射特性，对样片进行不同角度的倾斜，与镜头垂直时定义为90°放置，试验测量了5个不同角度下的辐射温度，测量示意图如图3所示，具体测试结果见表3。

从以上5组不同的观察角度结果可以看出：随着倾斜角度的增大，其红外辐射温度缩减程度逐渐增大，到某个角度时，达到最大，红外辐射温度降低明显；随后随着倾斜角度继续增大，红外辐射缩减量减小，表明了红外辐射衰减与观察角度密切相关。

4 结束语

在目标表面涂覆低发射率隐身涂层，一方面可以明显降低目标的辐射能量，另一方面使目标的综合散射特性与背景相适应，实现目标的红外隐身，从而降低了目标被探测识别的概率，增加了目标的战场生存能力。本文对几种不同的材料样片进行了实际辐射温度测量，主要分析了在不同环境温度下、不同观察角度下，样片的红外辐射降低程度，从反射的背景辐射和观测角度两个方面对样片的红外辐射缩减效果进行了实际分析，综合考虑降低发射率来达到红外隐身的效果来看，在实际目标红外辐射测量时，所得到的红外辐射与探测器的观察角度和周围环境的反射辐射密切相关。

参考文献：

[1]李艳红，陈宏书，等.红外隐身涂料发射率的影响因素研究[J] .红外技术，2008，30（8）：454-457.

[2]冉洪武，周学梅，等.不同发射率红外隐身涂层在典型背景中的伪装效率研究[J].表面技术，2009，38（5）：63-66.

[3]刘东青，郑文伟，程海峰，刘海韬.可变发射率材料的研究现状与进展[A].中国空间科学学会空间材料专业委员会2009学术交流会论文集[C].2009.

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