海面及舰船尾迹的红外仿真研究对于对海制导武器的研究有重要意义,基于物理建模的海面背景和高真实感舰船尾迹的仿真直接影响场景的真实度。本文通过红外物理知识以及计算机图形学实现高真实感的红外海面场景及舰船尾迹的动态仿真。本文分析了红外海场景及舰船尾迹仿真发展现状,根据现有仿真方法的不足,对海面高度场模型和海面红外辐射模型进行了改进,同时研究了舰船运动产生的开尔文波和热尾迹,实现了场景的动态仿真,使仿真场景具有更丰富的物理细节,增加了场景的真实度。研究内容主要有以下四个方面:(1)对海面的高度场建模进行研究,分析了正弦波的高度场模型和基于海浪谱的高度场模型,然后采用混合上述两种高度场模型的方法对海面高度场建模,从而达到在近处表现海谱模型的海面,海面表现出更加丰富的海面细节,在远处使用正弦波叠加噪声的海面,使海面重复度更低。(2)研究了海面的红外辐射模型,包含海面的发射率模型、海面对天空辐射及太阳辐射的反射模型、海面对舰船目标的反射模型,在海面本征辐射模型基础上添加大气效应模型,从而获得到达探测器前的海面红外辐射分布。(3)在海面高度场基础上采用简化的线性浅水波动方程对开尔文波的高度场进行建模,同时,分析了热尾迹产生过程,对热尾迹的形态特征进行建模并分析了其温度分布特性,使用基于粒子系统的方法对热尾迹进行了动态仿真。(4)本文使用Unity3D为渲染引擎,实现了红外海面及舰船尾迹的动态仿真。最后展示了不同风速下海面高度场渲染结果,对舰船倒影辐射图像进行了分析,给出了舰船不同运动状态下的尾迹仿真和大气效应仿真,并对仿真结果进行了分析,证明了场景仿真的真实感和有效性。