基于扩散模型的烟幕散射红外激光模拟仿真系统及方法与流程

本发明涉及电子对抗，特别是一种基于扩散模型的烟幕散射红外激光模拟仿真系统及方法。

背景技术：

1、在现代战争中，为规避红外导引弹头对关键目标的跟踪，或阻止红外成像设备对敏感区域的侦察监视，通常需要采用烟幕遮蔽等无源干扰手段对工作在红外波段的侦察设备实施干扰。对于装备红外激光引信的弹头，其抗烟幕干扰能力对攻击精度有着重要影响，进而影响其杀伤效率。因此，对激光引信抗烟幕干扰性能的评估是激光制导弹头效能评估的重要组成部分。采用计算机模拟仿真的方式对烟幕散射红外激光的效果进行评估具有可重复性好、成本低等优势，该模拟仿真方法可以应用于新体制红外激光引信和发烟剂开发过程中的性能模拟测试环节。

2、目前对烟幕散射红外激光效果的数值计算或模拟仿真方法主要分为两类。其中一类方法是采用van de hulst近似计算方法，利用激光波长、烟雾粒子半径、烟雾粒子的复折射率等参数，计算烟雾粒子的吸收因子、散射因子和衰减因子，进而得到烟雾的质量消光系数，最后结合烟雾粒子浓度和激光在烟雾中的穿透距离得到烟雾对激光的透射率，如四川大学电子信息学院李晓峰等人的文献《激光在烟雾中传输特性的数值模拟分析》；另一类方法是建立蒙特卡罗计算模型，将激光视为多个光子组成的光子束，光子与随机分布介质中的粒子的相互作用为弹性散射，将激光的传输问题转化为光子的传输问题，烟幕中粒子的分布完全随机，光子发生散射后，运动方向发生改变，新的运动方向与散射相位函数相关，也与计算机产生随机数相关。当光子发生多重散射时，每一次散射只与前一次散射有关，此过程一直重复进行，直到光子权重小于阈值、或光子离开烟幕、或到达接收界面为止，对大量光子的行为跟踪后，统计最终到达接收界面的光子个数以及位置、行走总路程等参量，即可得到烟幕透射率等信息，如第二炮兵工程大学王红霞等人的文献《激光在烟幕中传输的蒙特卡罗模拟》。

3、现有的对烟幕散射红外激光效果的数值计算或模拟仿真方法存在以下问题：

4、(1)现有方法均假定烟幕粒子在空间中均匀稳定分布，而实际环境下的烟幕干扰中，烟幕粒子的扩散过程受到烟幕粒子之间碰撞、凝并以及外力作用的影响，导致烟幕在空间不是均一稳定分布，因此现有方法对烟幕状态不能精细、准确地模拟；

5、(2)现有方法只能够近似模拟烟幕在空间中均匀稳定分布时对红外激光的散射和透射效果，无法模拟在烟幕形成过程中烟幕对红外激光的散射和透射等效果的动态变化过程，因而现有方法不具备烟幕对红外激光引信干扰的全过程效能评估能力。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种能够对烟幕状态进行精细、准确的模拟、能够模拟烟幕形成过程中烟幕对红外激光的散射和透射效果的动态变化过程的烟幕散射红外激光模拟仿真系统及方法。

2、实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于扩散模型的烟幕散射红外激光模拟仿真系统，包括烟幕扩散过程模拟子系统和烟幕散射过程模拟子系统；

3、所述烟幕扩散过程模拟子系统包括烟幕粒子产生、烟幕粒子状态信息统计、烟幕粒子相互作用分析、烟幕粒子状态转移与状态更新四个模块：

4、所述烟幕粒子产生模块，将烟幕粒子通过发烟装置喷出的方式送入仿真系统体系中；

5、所述烟幕粒子状态信息统计模块，对烟幕粒子产生过程中的状态属性进行计量和统计；

6、所述烟幕粒子相互作用分析模块，对扩散过程中烟幕粒子之间碰撞、凝并以及外力作用进行分析和计算；

7、所述烟幕粒子状态转移与状态更新模块，对烟幕粒子的状态信息进行更新；

8、所述烟幕散射过程模拟子系统包括激光器发射光子、烟幕粒子散射光子、探测器接收光子三个模块：

9、所述激光器发射光子模块，激光器发出激光，视为发射大量光子，光子的频率和运动方向与激光器自身特性相关；

10、所述烟幕粒子散射光子模块，根据烟幕粒子当前所处的状态，对行进过程中与烟幕粒子发生碰撞而被散射的光子，通过计算米氏散射的强度分布并结合产生的随机数，确定光子的散射方向；

11、所述探测器接收光子模块，依据探测器自身特性，接收满足探测器自身特性约束条件的光子。

12、一种基于扩散模型的烟幕散射红外激光模拟仿真方法，包括以下步骤：

13、步骤1、模拟仿真开始，进行烟幕扩散过程模拟，输入物理常数和外界环境参数；

14、步骤2、输入发烟装置的空间位置信息以及发烟相关参数；

15、步骤3、输入发烟剂的相关参数；

16、步骤4、设定扩散过程模拟仿真的时间粒度，即执行一次循环对应的时间步长，以及扩散过程模拟仿真的总时间长度；

17、步骤5、发烟装置产生烟幕粒子，并将烟幕粒子的状态信息添加至烟幕粒子状态信息表中；

18、步骤6、计算烟幕粒子受到的外力，然后计算烟幕粒子与空气粒子相互作用发生的随机运动，将烟幕粒子在这些作用下变化的位置和速度信息更新到既有的粒子状态信息表中；

19、步骤7、统计烟幕粒子之间的相互碰撞信息，并判断是否满足凝并条件，若满足凝并条件，则计算新粒子的状态信息并更新至状态信息表中，将碰撞前相应粒子的状态信息删除；若不满足凝并条件，则计算碰撞后各粒子的速度，将新的速度信息更新至状态信息表中；最后将扩散过程模拟仿真时间增加一个扩散过程的时间步长；

20、步骤8、检查当前模拟仿真时间是否达到总时间长度，若达到总时间长度，则进入步骤9进行烟幕散射过程模拟；若未达到总时间长度，则返回至步骤5，进行下一个时间步长的仿真过程；

21、步骤9、输入激光器的空间位置信息以及激光器相关参数；

22、步骤10、输入探测器的空间位置信息以及探测器相关参数；

23、步骤11、设定发射光子的数量、散射过程模拟仿真的时间粒度以及散射过程模拟仿真的时间长度，并将发射光子和接收光子的计数分别置零；

24、步骤12、激光器发射一个光子，记录该光子的位置和运动方向，发射光子计数加1，判断发射光子计数是否大于设定的发射光子数量，若大于，则进入到步骤16；若不大于，则进入到步骤13；

25、步骤13、计算一个时间步长之后光子的新位置，更新光子的位置信息，判断光子是否到达探测器，若光子已到达探测器，则进入到步骤15；若光子未到达探测器，则进入到步骤14；

26、步骤14、查找烟幕粒子状态信息表判断光子是否与烟幕粒子发生碰撞，若发生碰撞，则计算米氏散射强度的空间分布并结合产生的随机数确定光子的散射方向，更新光子的运动方向信息；若未发生碰撞，则不进行任何操作；最后将散射过程模拟仿真时间增加一个散射过程的时间步长，并返回至步骤13；

27、步骤15、判断该光子是否满足探测器接收的约束条件，若满足约束条件，则接收光子计数加1，并返回至步骤12；若不满足约束条件，则接收光子计数不变，并返回至步骤12；

28、步骤16、模拟仿真结束，接收光子计数与发射光子数量的比值即对应烟幕的透射率。

29、本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)引入了烟幕扩散过程模拟，使得在实际环境下烟幕粒子之间碰撞、凝并以及外力作用的影响能够被完整、精细地模拟，提高了模拟仿真方法的准确度；(2)加入烟幕扩散过程可以有效模拟烟幕形成过程中烟幕各状态属性的动态变化过程，从而具备评估烟幕对红外激光引信干扰全过程效能的能力。