摘要：評(píng)估飛機(jī)成像目標(biāo)的紅外隱身效果，對(duì)飛機(jī)紅外隱身技術(shù)的發(fā)展、隱身反隱身作戰(zhàn)具有重要的意義。本文提出了一種飛機(jī)成像目標(biāo)紅外隱身效果的評(píng)估方法：結(jié)合成像探測(cè)器工作原理，考慮圖像處理各個(gè)階段的算法特點(diǎn)，基于多種圖像特征，制定出能反映背景影響和誘餌干擾影響的飛機(jī)成像目標(biāo)紅外隱身效果評(píng)估指標(biāo)；通過建立紅外成像探測(cè)器仿真模型，驗(yàn)證了所制定的評(píng)估指標(biāo)的合理性；最后依據(jù)評(píng)估指標(biāo)評(píng)估了采用不同隱身技術(shù)和施放誘餌干擾對(duì)飛機(jī)隱身效果的影響，得到了一些對(duì)飛機(jī)隱身和反隱身具有指導(dǎo)意義的結(jié)論。

0引言

隱身性能是現(xiàn)代飛機(jī)的一個(gè)重要設(shè)計(jì)指標(biāo)，不管是在設(shè)計(jì)定型階段，還是在生產(chǎn)、使用階段，對(duì)飛機(jī)紅外隱身效果的評(píng)估都是必不可少的。隱身效果評(píng)估是飛機(jī)紅外隱身設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，評(píng)估采用不同紅外隱身技術(shù)后飛機(jī)能達(dá)到的隱身水平，可以驗(yàn)證隱身技術(shù)的有效程度，同時(shí)為紅外隱身設(shè)計(jì)做出指導(dǎo)。此外，通過隱身效果評(píng)估還可以更深入地分析我方飛機(jī)與敵方飛機(jī)紅外隱身能力的優(yōu)劣，從而更加合理地進(jìn)行戰(zhàn)場(chǎng)配置，制定戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)，提高飛機(jī)的生存力和戰(zhàn)斗力。

目前對(duì)雷達(dá)隱身效果的評(píng)估，比較公認(rèn)的指標(biāo)是RCS，但對(duì)紅外隱身，還沒有形成能夠被普遍認(rèn)可的評(píng)價(jià)指標(biāo)，這種現(xiàn)實(shí)影響了飛機(jī)紅外隱身技術(shù)的發(fā)展和作戰(zhàn)應(yīng)用。對(duì)成像目標(biāo)紅外隱身效果的評(píng)估雖然已經(jīng)發(fā)展出了較多的評(píng)估指標(biāo)，但其中較大部分是依據(jù)人眼的識(shí)別機(jī)理制定的。如應(yīng)用廣泛一種評(píng)估方法是：由Johnson 準(zhǔn)則建立起最小可分辨溫差（MRTD）與探測(cè)距離或探測(cè)概率的關(guān)系，然后在探測(cè)距離或探測(cè)概率的基礎(chǔ)上定義隱蔽系數(shù)、隱身效率等定量評(píng)估指標(biāo)。而Johnson準(zhǔn)則描述的觀察等級(jí)是將熱像系統(tǒng)的客觀性能與人眼視覺功能相結(jié)合的一種視覺能力評(píng)估方法。因此，基于Johnson準(zhǔn)則的評(píng)估方法不適合評(píng)估目標(biāo)對(duì)抗自主工作的紅外成像探測(cè)器的隱身能力。

成像探測(cè)器作為紅外探測(cè)器的發(fā)展趨勢(shì)，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。它可以利用形狀、運(yùn)動(dòng)、光譜分布、輻射強(qiáng)度等特征識(shí)別目標(biāo)，具有很強(qiáng)的目標(biāo)識(shí)別能力。對(duì)成像目標(biāo)紅外隱身效果的評(píng)估不僅要考慮隱身技術(shù)對(duì)總體輻射強(qiáng)度的抑制，還要考慮隱身技術(shù)對(duì)輻射亮度分布和輻射面源形狀的改變。目前針對(duì)成像目標(biāo)開展，如基于灰度相關(guān)、基于紋理相似度、基于輻射對(duì)比度等的紅外隱身效果評(píng)估，多是根據(jù)統(tǒng)計(jì)或經(jīng)驗(yàn)公式，并沒有密切結(jié)合紅外探測(cè)器的目標(biāo)識(shí)別方法。

本文結(jié)合紅外探測(cè)器的識(shí)別機(jī)理，制定能夠定量評(píng)估出飛機(jī)采用不同隱身措施、不同干擾手段、對(duì)不同探測(cè)器時(shí)的隱身效果的評(píng)估指標(biāo)。科學(xué)合理的評(píng)估飛機(jī)隱身效果，可以直觀評(píng)價(jià)紅外隱身性能優(yōu)劣，暴露隱身方案中的缺點(diǎn)和不足，為隱身方案的改進(jìn)和提高提供參考。同時(shí)，可以為決策者完善作戰(zhàn)方案，提高作戰(zhàn)能力提供依據(jù)。

1評(píng)估指標(biāo)的制定

自主工作的成像探測(cè)器處理紅外圖像的過程包括目標(biāo)檢測(cè)、目標(biāo)識(shí)別、目標(biāo)跟蹤等步驟，目標(biāo)檢測(cè)是確定視場(chǎng)內(nèi)是否存在目標(biāo)，目標(biāo)識(shí)別是確定視場(chǎng)內(nèi)存在的目標(biāo)是否是需要跟蹤的目標(biāo)，甚至確定出目標(biāo)的類型，目標(biāo)跟蹤是對(duì)識(shí)別出的目標(biāo)進(jìn)行持續(xù)地跟蹤。不論目標(biāo)檢測(cè)、識(shí)別或跟蹤，其依據(jù)均是探測(cè)器視場(chǎng)內(nèi)所成的紅外圖像的特征，有的利用單幀圖像的特征，有的利用多幀圖像形成的圖像序列的特征。而單幀圖像的處理是整個(gè)目標(biāo)檢測(cè)、識(shí)別、跟蹤的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，而且隱身技術(shù)對(duì)目標(biāo)紅外圖像特征的改變基本是非時(shí)變的，因此隱身效果的評(píng)估指標(biāo)基于單幀圖像的特征來制定。

成像識(shí)別依據(jù)的目標(biāo)紅外圖像特征的內(nèi)涵很廣泛，如亮度特征、紋理特征、邊界特征、分形特征、光譜特征等，某一類型的紅外成像探測(cè)器利用其中的一種或幾種圖像特征進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別。基于圖像處理各個(gè)階段的算法特點(diǎn)，提出的成像目標(biāo)紅外隱身效果評(píng)估指標(biāo)包括目標(biāo)檢測(cè)階段的評(píng)估指標(biāo)和目標(biāo)識(shí)別與跟蹤階段的評(píng)估指標(biāo)，不同階段的評(píng)估指標(biāo)基于不同的圖像特征來制定。

1.1目標(biāo)檢測(cè)階段的評(píng)估指標(biāo)

目標(biāo)檢測(cè)的任務(wù)是從背景中發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，對(duì)于紅外成像探測(cè)器，一旦目標(biāo)構(gòu)成紅外圖像，目標(biāo)圖像在視場(chǎng)中的尺寸大小對(duì)其發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的能力影響不大，目標(biāo)與背景的灰度差異越大，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)就越容易。因此，目標(biāo)檢測(cè)階段定義灰度對(duì)比度衡量目標(biāo)被發(fā)現(xiàn)的程度：

其中Gt為目標(biāo)像素的灰度均值，Gb為背景像素的灰度均值。CG越小，目標(biāo)被發(fā)現(xiàn)的程度越低，紅外隱身效果越好。

1.2目標(biāo)識(shí)別與跟蹤階段的評(píng)估指標(biāo)

目標(biāo)識(shí)別與跟蹤的任務(wù)是從發(fā)現(xiàn)的目標(biāo)中（可能有多個(gè)）確認(rèn)目標(biāo)的真假和類型，方法是將可疑的目標(biāo)區(qū)域與已知的目標(biāo)模板進(jìn)行圖像相關(guān)匹配，目前采用的圖像相關(guān)匹配算法多種多樣，所依據(jù)的紅外圖像特征也各有不同，從根本上看是目標(biāo)區(qū)域的灰度分布特征和邊緣形狀特征，選用如下特征量來描述：

式中N為目標(biāo)區(qū)域總像素個(gè)數(shù)。

F1——灰度標(biāo)準(zhǔn)偏差：目標(biāo)像素點(diǎn)灰度值的標(biāo)準(zhǔn)偏差，反映目標(biāo)區(qū)域像素灰度值與灰度均值的偏離程度，表達(dá)式可寫為

F2——高亮區(qū)比例：目標(biāo)區(qū)域中灰度值大于最大灰度值的90%（Gt,i＞0.9Gt,max）的像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)與目標(biāo)總像素點(diǎn)個(gè)數(shù)之間的比值。體現(xiàn)了目標(biāo)區(qū)域的灰度分布特征。

F3——長(zhǎng)寬比：目標(biāo)最小外接矩形的長(zhǎng)度與寬度之比值。體現(xiàn)了目標(biāo)區(qū)域的形狀特征。

F4——緊湊度：目標(biāo)像素?cái)?shù)與包圍目標(biāo)的矩形內(nèi)的像素?cái)?shù)之間的比值。反映了一個(gè)物體對(duì)其最小外接矩形的充滿程度。

F5——復(fù)雜度：邊界像素點(diǎn)數(shù)與總目標(biāo)像素點(diǎn)數(shù)的比值。反映了目標(biāo)邊界的復(fù)雜程度。

以上5個(gè)特征量均經(jīng)過試驗(yàn)檢驗(yàn)是穩(wěn)定的，能夠作為分類和識(shí)別紅外目標(biāo)的依據(jù)。由以上5個(gè)特征量定義目標(biāo)圖像與目標(biāo)模板的區(qū)別度D*t-m：

其中，F(xiàn)t,j為目標(biāo)圖像的第j個(gè)特征量，F(xiàn)m,j為目標(biāo)模板的第j個(gè)特征量，ξ為權(quán)重向量，ξj表示第j個(gè)特征量在圖像匹配算法中的重要性，對(duì)于不同的圖像匹配算法，ξj的取值會(huì)有所不同。

D*t-m越大，表示目標(biāo)圖像與目標(biāo)模板的差別越大，說明目標(biāo)的隱身效果越好。為使評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，用

衡量目標(biāo)圖像與目標(biāo)模板的相似度。S*t-m越小，目標(biāo)的紅外隱身能力越強(qiáng)。

類似D*t-m，可以定義誘餌圖像與目標(biāo)模板的區(qū)別度D*t-m：

其中下標(biāo)di表示第i個(gè)誘餌圖像。

記假目標(biāo)中D*di-m＜D*t-m的個(gè)數(shù)為 N*，N*表示比飛機(jī)目標(biāo)更像目標(biāo)模板的假目標(biāo)的個(gè)數(shù)，由此定義一個(gè)干擾系數(shù)：

m*越小，越難識(shí)別出飛機(jī)目標(biāo)。當(dāng)無假目標(biāo)時(shí)，m*=1。

綜合目標(biāo)檢測(cè)、識(shí)別、跟蹤過程中圖像處理的特點(diǎn)，制定的成像目標(biāo)紅外隱身效果評(píng)估指標(biāo)為：

E*越小，飛機(jī)的紅外隱身效果越好。

2評(píng)估指標(biāo)的驗(yàn)證

評(píng)估指標(biāo)不是客觀存在而是人為制定的，因此其合理性必須要經(jīng)過充分的驗(yàn)證。驗(yàn)證的目的是證明所制定的紅外隱身效果評(píng)估指標(biāo)確實(shí)能建立起與實(shí)際隱身效果如探測(cè)距離、探測(cè)概率等的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

通常的驗(yàn)證方法有經(jīng)驗(yàn)公式法和實(shí)驗(yàn)測(cè)試法。經(jīng)驗(yàn)公式反映不出實(shí)施紅外干擾對(duì)不同探測(cè)器探測(cè)距離的影響。實(shí)驗(yàn)測(cè)試法多是針對(duì)靜止目標(biāo)，高速運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)很難開展實(shí)驗(yàn)且花費(fèi)巨大。因此作者認(rèn)為可以采用實(shí)物或半實(shí)物模擬試驗(yàn)與全數(shù)字仿真試驗(yàn)相結(jié)合的方法對(duì)評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證，通過各種試驗(yàn)對(duì)制定的評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行充分的驗(yàn)證和完善，力求評(píng)估結(jié)果和實(shí)際探測(cè)情況相吻合，用較小的花費(fèi)進(jìn)行有說服力的驗(yàn)證。

由于實(shí)驗(yàn)條件有限，缺少自主識(shí)別的紅外成像探測(cè)系統(tǒng)，半實(shí)物模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證尚沒有進(jìn)行，本文主要通過全數(shù)字仿真試驗(yàn)驗(yàn)證所制定的成像目標(biāo)紅外隱身效果評(píng)估指標(biāo)的可行性。具體思路為：建立紅外成像探測(cè)器的仿真模型，設(shè)置不同的仿真條件進(jìn)行仿真試驗(yàn)，分析仿真結(jié)果得到評(píng)估指標(biāo)與探測(cè)距離或探測(cè)概率的關(guān)系。

對(duì)飛機(jī)目標(biāo)威脅最大的是各類紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈，因此仿真中的探測(cè)器模型依據(jù)紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈導(dǎo)引頭的工作機(jī)理而建立。某型紅外成像導(dǎo)引頭目標(biāo)識(shí)別的仿真流程如圖1，其中圖像預(yù)處理采用中值濾波算法進(jìn)行圖像增強(qiáng)，圖像分割采用自適應(yīng)閾值分割中的最小誤差法，目標(biāo)圖像匹配依據(jù)的圖像特征是灰度偏差、高亮區(qū)比例、長(zhǎng)寬比、緊湊度、復(fù)雜度，目標(biāo)跟蹤采用波門質(zhì)心跟蹤。

圖1 紅外成像導(dǎo)引頭目標(biāo)識(shí)別的仿真流程圖

仿真驗(yàn)證的具體流程：

（1）設(shè)定初始時(shí)刻導(dǎo)彈的位置、速度、姿態(tài)、視場(chǎng)角，飛機(jī)的位置、姿態(tài)、輻射強(qiáng)度，誘餌的位置、姿態(tài)、輻射強(qiáng)度，由此計(jì)算出彈目距離R，大氣透過率，視場(chǎng)面積，目標(biāo)、背景、誘餌在視場(chǎng)中所占的面積，從而得到初始時(shí)刻的E*。初始時(shí)設(shè)導(dǎo)彈鎖定目標(biāo)，計(jì)算E*時(shí)視場(chǎng)為小視場(chǎng)。

（2）在設(shè)定的仿真條件下進(jìn)行導(dǎo)彈跟蹤目標(biāo)的仿真，由導(dǎo)引頭指向的變化判斷探測(cè)器是否穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)。由于仿真系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)加入了適當(dāng)?shù)碾S機(jī)因素，相同設(shè)置下的多次仿真可以得到穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)的概率p，將此概率作為E*在距離R時(shí)對(duì)應(yīng)的探測(cè)概率p。

（3）改變飛機(jī)或誘餌的輻射強(qiáng)度，即改變E*，仿真得到不同*E值對(duì)應(yīng)的探測(cè)概率p。

（4）改變初始彈目距離R，重復(fù)上述過程，得到不同距離R下E*值對(duì)應(yīng)的探測(cè)概率p。

（5）將所有測(cè)得的E*-p對(duì)應(yīng)值按E*的升序重新排列，觀察p的變化情況。

設(shè)某型戰(zhàn)斗機(jī)11km高度1.6Ma巡航飛行時(shí)受到下前方紅外成像導(dǎo)彈的攻擊，飛機(jī)機(jī)長(zhǎng)19m，翼展14m，高5m，零距離上飛機(jī)8~12μm的輻射亮度分布（也作為目標(biāo)模板）見圖2，導(dǎo)彈瞬時(shí)視場(chǎng)為5?×5?，由導(dǎo)彈的圖像處理算法，權(quán)重向量ξ=（0.25，0，0.25，0.25，0.25）（圖像特征量的權(quán)重向量ξ對(duì)評(píng)估結(jié)果有重要的影響，本算例取值原則是：分析圖像識(shí)別算法中用到了哪幾個(gè)特征量，把這幾個(gè)特征量的權(quán)重平均分配）。改變飛機(jī)的整體輻射亮度（不改變形狀和灰度分布）和探測(cè)距離，得到評(píng)估指標(biāo)E*的不同取值，仿真得到無誘餌干擾時(shí)E*與探測(cè)概率p的關(guān)系，見圖3。在飛機(jī)圖像不同位置添加紅外誘餌彈圖像，仿真得到有誘餌干擾時(shí)E*與探測(cè)概率p的關(guān)系，見圖4。

圖2（目標(biāo)模板）

圖3 無誘餌干擾時(shí)的E*-p關(guān)系

圖4 有誘餌干擾時(shí)的E*-p關(guān)系

由仿真結(jié)果可以看出，探測(cè)概率p始終隨E*的增大而增大，即評(píng)估指標(biāo)的變化與探測(cè)概率的變化一致，證明了以E*作為成像目標(biāo)對(duì)該類探測(cè)器紅外隱身效果的評(píng)估指標(biāo)是合理的，可以反映真實(shí)的紅外隱身效果。

3紅外隱身效果評(píng)估

用評(píng)估指標(biāo)E對(duì)某型雙發(fā)戰(zhàn)斗機(jī)的成像紅外隱身效果進(jìn)行評(píng)估。背景為北半球夏季晴朗天-地背景，飛機(jī)在11km高度平飛，飛行速度1.6Ma。選擇兩種采用不同圖像處理方法的紅外成像探測(cè)器，其區(qū)別體現(xiàn)在圖像特征量的權(quán)重上：

ξ1=（0.25，0，0.25，0.25，0.25），ξ2=（0.2，0.2，0.2，0.2，0.2），則兩種探測(cè)器對(duì)應(yīng)的評(píng)估指標(biāo)的表達(dá)式也不同，記為E*1和E*2。成像視場(chǎng)均為5?×5?。飛機(jī)目標(biāo)模板為數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的飛機(jī)不同姿態(tài)下的紅外圖像，均是仿真得到的飛機(jī)無隱身時(shí)零距離的紅外圖像。

3.1距離R對(duì)隱身效果的影響

圖5為8~12μm波段不同探測(cè)距離天空背景下飛機(jī)的紅外場(chǎng)景圖像。由圖可見，探測(cè)距離增大，則飛機(jī)在視場(chǎng)中所占的面積減小，但探測(cè)器處理圖像的精度是固定的，使得計(jì)算的飛機(jī)圖像特征略有改變，影響到目標(biāo)圖像與目標(biāo)模板的相似度S*t-m；同時(shí)由于透過率的減小，飛機(jī)的亮度略有降低，影響到目標(biāo)與背景的灰度對(duì)比度。綜合以上作用，E*1和E*2隨距離R的變化規(guī)律如圖6所示?？梢姡珽*1和E*2均隨距離R的增加而加速減小，說明對(duì)于紅外成像探測(cè)器，實(shí)施紅外隱身的時(shí)機(jī)很重要，在距探測(cè)器較近時(shí)實(shí)施紅外隱身效果較差，而在太遠(yuǎn)的距離目標(biāo)構(gòu)不成紅外圖像，仍要依據(jù)點(diǎn)源目標(biāo)規(guī)則來處理。因此當(dāng)目標(biāo)圖像在視場(chǎng)中的尺寸較小時(shí)采用紅外隱身效果更好。E*2對(duì)圖像高亮區(qū)比例的變化更敏感，因此E*2隨距離R變化的程度大于E*1。

（a）R=1km （b）R=3km （c）R=5km

圖5 不同探測(cè)距離上的目標(biāo)場(chǎng)景圖像

圖6 E*1和E*2隨距離R的變化規(guī)律

3.2采用不同隱身技術(shù)的隱身效果評(píng)估

在距離5km處，無誘餌干擾的情況下，比較了不同隱身技術(shù)對(duì)隱身效果的影響，以及不同方位上隱身效果的變化（隱身飛機(jī)紅外輻射的建模仿真可參考文獻(xiàn)）。由于灰度對(duì)比度是評(píng)估指標(biāo)E*的重要組成部分，而灰度的對(duì)比實(shí)質(zhì)上是輻射亮度的對(duì)比，因此首先給出飛機(jī)采用不同隱身技術(shù)時(shí)平均輻射亮度在飛機(jī)對(duì)稱面內(nèi)隨視線高低角α的變化規(guī)律，見圖7和圖8。圖中線1為不采用額外的隱身技術(shù)時(shí)的輻射強(qiáng)度曲線，線2為采用排氣系統(tǒng)紅外輻射抑制技術(shù)后的輻射強(qiáng)度曲線，線3為采用機(jī)體紅外輻射抑制技術(shù)后的輻射強(qiáng)度曲線，線4為同時(shí)采用兩種紅外輻射抑制技術(shù)后的輻射強(qiáng)度曲線。其中，采用的排氣系統(tǒng)紅外輻射抑制技術(shù)為冷氣注入，注入冷氣的流量比為10%，方向與軸向呈30°角向中心；機(jī)體紅外輻射抑制技術(shù)為低發(fā)射率隱身材料，在紅外波段的發(fā)射率為0.3。

圖7 3~5μm波段的飛機(jī)輻射亮度

圖8 8~12μm波段的飛機(jī)輻射亮度

由圖可以看出，飛機(jī)正后方的輻射亮度最大，正前方的輻射亮度最小，3~5μm波段輻射亮度隨方位的變化幅度較大，8~12μm波段輻射亮度隨方位的變化幅度較小，因此8~12μm波段更利于飛機(jī)的全向探測(cè)。

圖9~圖12分別為在3~5μm波段和8~12μm波段E*1和E*2在飛機(jī)對(duì)稱面內(nèi)隨視線高低角α的變化規(guī)律。由圖可見，E*1和E*2隨α的變化規(guī)律與飛機(jī)輻射亮度隨α的變化規(guī)律有很大關(guān)系，在8~12μm波段從上方探測(cè)（0°~180°）時(shí)，E*1和E*2的變化趨勢(shì)與輻射亮度的趨勢(shì)相反，其它情況下，E*1和E*2的變化趨勢(shì)與輻射亮度的趨勢(shì)相同。在相同條件下，E*1和E*2的差別很小。這是由于在無誘餌干擾時(shí)，評(píng)估指標(biāo)E*由灰度對(duì)比度CG和與目標(biāo)模板的相似度S*t-m兩部分構(gòu)成，由于存儲(chǔ)有各個(gè)探測(cè)方向的目標(biāo)模板，在同樣的探測(cè)距離下，目標(biāo)圖像與目標(biāo)模板的圖像特征差別隨方向變化不大，因此隱身效果的方位差別主要由灰度對(duì)比度CG來體現(xiàn)。在8~12μm波段從上方探測(cè)時(shí)，飛機(jī)輻射亮度小于背景輻射亮度，CG隨飛機(jī)輻射亮度的減小而增加，其它情況下，飛機(jī)輻射亮度大于背景輻射亮度，CG隨飛機(jī)輻射亮度的減小而減小。

圖9 3~5μm波段的E*-α曲線

圖10 8~12μm波段的E*1-α曲線

圖11 3~5μm波段的E*2-α曲線

圖12 8~12μm波段的E*2-α曲線

從圖中還能看出，排氣系統(tǒng)紅外隱身技術(shù)對(duì)飛機(jī)3~5μm波段的紅外隱身效果影響較大，機(jī)體紅外隱身技術(shù)對(duì)飛機(jī)8~12μm波段的紅外隱身效果影響較大。由于探測(cè)器2利用的圖像特征更多，對(duì)圖像灰度分布的變化更敏感，E*2普遍小于E*1，這在采用排氣系統(tǒng)紅外隱身技術(shù)后3~5μm波段表現(xiàn)尤為明顯。各種紅外隱身技術(shù)對(duì)抗探測(cè)器2時(shí)的隱身效果更好。

經(jīng)過了5km的傳輸，目標(biāo)圖像特征在3~5μm波段改變較大，在8~12μm波段改變較小，3~5μm波段的相似度S*t-m遠(yuǎn)小于8~12μm波段的相似度，但3~5μm波段目標(biāo)與背景的對(duì)比度較大，綜合來看，從上方探測(cè)時(shí)，8~12μm波段的紅外隱身效果優(yōu)于3~5μm波段，而從下方探測(cè)時(shí)，3~5μm波段的紅外隱身效果優(yōu)于8~12μm波段。這些結(jié)論與對(duì)直接觀察仿真得到的紅外場(chǎng)景圖像（圖13、圖14）所得的直觀感受相符，也進(jìn)一步證明了所定指標(biāo)的合理性。場(chǎng)景圖像中，左上角顯示的是該角度下的目標(biāo)模板，中央為采用了紅外隱身技術(shù)后的飛機(jī)圖像。（為便于比較，每張圖的灰度等級(jí)是相同的）

圖13 從飛機(jī)下前方探測(cè)時(shí)的目標(biāo)紅外場(chǎng)景（α=230?）

圖14 從飛機(jī)上前方探測(cè)時(shí)的目標(biāo)紅外場(chǎng)景（α=135?）

3.3有誘餌干擾時(shí)的紅外隱身效果評(píng)估

誘餌對(duì)成像探測(cè)器的影響較為復(fù)雜，不同種類的紅外誘餌具有不同的圖像特征，同一誘餌從不同的方位探測(cè)也呈現(xiàn)不同的圖像特征，而且當(dāng)誘餌與目標(biāo)在視場(chǎng)中的圖像發(fā)生部分重疊時(shí)，相當(dāng)于改變了飛機(jī)目標(biāo)的圖像特征，這些都關(guān)系到飛機(jī)的紅外隱身效果。由于飛機(jī)在8-12μm波段天空背景下的紅外圖像特征最明顯，本文研究在此條件下施放紅外誘餌對(duì)飛機(jī)隱身效果的改善。（誘餌紅外輻射的建模仿真可參考文獻(xiàn)）

在距離5km處，飛機(jī)同時(shí)采用了排氣系統(tǒng)和機(jī)體紅外輻射抑制技術(shù)的情況下，選取了5個(gè)具有代表性的紅外場(chǎng)景，包括不同的探測(cè)方位和不同的誘餌干擾方式，比較了不同誘餌干擾條件下飛機(jī)8-12μm波段的紅外隱身效果。5個(gè)紅外場(chǎng)景的描述和和對(duì)應(yīng)的評(píng)估結(jié)果E*1、E*2列于表1。

由紅外場(chǎng)景圖像可以直觀地看出，點(diǎn)源型的紅外誘餌彈由于形成的圖像尺寸太小，對(duì)飛機(jī)的紅外圖像特征幾乎沒有任何影響，面源紅外誘餌的紅外圖像特征與飛機(jī)圖像具有一定的相似性，且當(dāng)誘餌圖像與飛機(jī)圖像有重疊時(shí)，能較大程度地改變目標(biāo)的圖像特征。

比較表 1 中不同場(chǎng)景E*1、E*2數(shù)值可見，施放有限數(shù)量的紅外誘餌彈不會(huì)提高飛機(jī)的紅外隱身效果。當(dāng)誘餌圖像和飛機(jī)圖像不重疊時(shí)，施放面源紅外誘餌也對(duì)飛機(jī)的紅外隱身效果沒有改善。這是由于在5km 距離上，飛機(jī)的圖像特征已較明顯，雖然面源紅外誘餌的圖像特征與飛機(jī)目標(biāo)模板具有一定的相似性，但飛機(jī)圖像與目標(biāo)模板的相似度更高，成像探測(cè)器能很容易地辨認(rèn)出飛機(jī)目標(biāo)，因此1 E*1、E*2數(shù)值與無誘餌干擾時(shí)相同。在場(chǎng)景 4 中，面源誘餌與飛機(jī)在圖像上有部分重疊，重疊后的區(qū)域的圖像特征與目標(biāo)模板產(chǎn)生了較大的區(qū)別，使得E*1、E*2大幅減小，飛機(jī)紅外隱身效果提高。在場(chǎng)景5中，不但有一枚面源誘餌與飛機(jī)圖像重疊，改變了目標(biāo)區(qū)域的圖像特征，而且有一枚面源誘餌形成一個(gè)獨(dú)立的假目標(biāo)，使得探測(cè)器識(shí)別出飛機(jī)目標(biāo)的難度大大提高，因此E*1、E*2數(shù)值更小，飛機(jī)紅外隱身效果更好。

比較E*1和E*2的數(shù)值發(fā)現(xiàn)，當(dāng)目標(biāo)圖像特征改變時(shí)，E*2的降幅更大，這是由于探測(cè)器2識(shí)別目標(biāo)時(shí)依據(jù)的圖像特征信息更多，對(duì)圖像特征改變更敏感?？梢妼?duì)于紅外成像探測(cè)器，圖像相關(guān)匹配能力越強(qiáng)，越能準(zhǔn)確地從復(fù)雜環(huán)境中識(shí)別出目標(biāo)，但對(duì)目標(biāo)特征的改變也越敏感，越容易受到主動(dòng)或被動(dòng)紅外隱身技術(shù)的影響。

總之，紅外誘餌干擾成像探測(cè)器的難度遠(yuǎn)大于干擾點(diǎn)源探測(cè)器，只有把握好施放時(shí)機(jī)、方位，或?qū)⒍嗝墩T餌配合使用，才能達(dá)到較好的紅外隱身效果。

表1 不同紅外場(chǎng)景下的紅外隱身效果

圖15 不同誘餌干擾下的紅外場(chǎng)景圖

4結(jié)論

本文密切結(jié)合紅外探測(cè)器的識(shí)別機(jī)理，制定了能夠定量評(píng)估出飛機(jī)采用不同隱身措施、不同干擾手段、對(duì)抗不同探測(cè)器時(shí)的隱身效果的評(píng)估指標(biāo)，克服了目前常用的評(píng)估指標(biāo)中受探測(cè)器性能參數(shù)影響較大、無法反映誘餌干擾等主動(dòng)紅外隱身的作用效果、與目標(biāo)自主識(shí)別紅外探測(cè)器的跟蹤結(jié)果偏差較大等問題；提出了通過探測(cè)器仿真驗(yàn)證評(píng)估指標(biāo)的新思路。主要結(jié)論有：

1）探測(cè)距離增加，成像目標(biāo)的紅外隱身效果提高。在實(shí)戰(zhàn)中飛機(jī)與探測(cè)器的距離不斷變化，探測(cè)距離反映了實(shí)施主動(dòng)或被動(dòng)紅外隱身的時(shí)機(jī)，應(yīng)根據(jù)探測(cè)距離的不同采用相應(yīng)的紅外隱身技術(shù)，在降低紅外隱身成本的同時(shí)提高紅外隱身的效率。

2）實(shí)現(xiàn)3~5μm波段飛機(jī)的紅外隱身，關(guān)鍵是采用有效的排氣系統(tǒng)紅外隱身技術(shù)，實(shí)現(xiàn)8~12μm波段飛機(jī)的紅外隱身，關(guān)鍵是采用有效的機(jī)體紅外隱身技術(shù)。對(duì)于成像探測(cè)器，從上方探測(cè)時(shí)，8~12μm波段的紅外隱身效果優(yōu)于3~5μm波段，而從下方探測(cè)時(shí)，3~5μm波段的紅外隱身效果優(yōu)于8~12μm波段。

3）紅外誘餌彈對(duì)成像階段的紅外探測(cè)器基本不起作用，面源紅外誘餌干擾成像探測(cè)器的難度也遠(yuǎn)大于干擾點(diǎn)源探測(cè)器，當(dāng)誘餌圖像和飛機(jī)圖像不連通時(shí)，成像探測(cè)器能很容易地識(shí)別出飛機(jī)目標(biāo)，只有把握好施放時(shí)機(jī)、方位，或?qū)⒍嗝墩T餌配合使用，保證視場(chǎng)中的誘餌圖像和飛機(jī)圖像有重疊，才能達(dá)到較好的紅外隱身效果。

需要說明的是：由于本文所給出的評(píng)價(jià)方法旨在評(píng)估飛機(jī)目標(biāo)本身的紅外隱身（包括被動(dòng)隱身和主動(dòng)干擾）技術(shù)水平，所以排除了大部分探測(cè)器性能參數(shù)的影響。本文雖然制定評(píng)估指標(biāo)時(shí)排除了大部分探測(cè)器性能參數(shù)的影響，所舉示例也是仿真得到的紅外場(chǎng)景圖像，但評(píng)價(jià)方法同樣適用于實(shí)測(cè)紅外場(chǎng)景圖像的評(píng)估，前提是用于評(píng)估的實(shí)測(cè)紅外場(chǎng)景圖像必須出自同一探測(cè)器。