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ShipIR/NTCS是一种综合的海军红外目标、威胁和对抗仿真软件。北约和美国海军都采用该模型中的舰船红外辐射分量作为预测背景中舰船红外特性的常用工具，美国海军在进一步开发和验证用于DD-21的项目内容方面，SHIPIR发挥了重要作用，因此，美国海军研究实验室（NRL）对SHIPIR进行了深入研究验证。本文概述了ShipIR、NRL开发的模型验证方法以及NRL验证研究的结果。 验证包括三个部分：现有验证信息的审查、新实验项目的设计、执行和分析，以及实验数据与最新版本的SHIPR仿真数据的比较。结果表明，在晴空条件下，模型的辐射测量结果具有较高的精度，但需要对太阳辐照度和云模型数据进行更详细的测量。 关键词：舰船特征，红外特性，模型验证 SHIPR/NTCS是一个模拟舰船目标和海洋背景红外辐射的仿真软件，如图1所示。该模型由Davis Engineering开发，最初由加拿大国防部通过国防研究机构（DREV）资助。它由几个主要的子模型（图2）组成：红外天空辐射和传播模型（MODTRAN）、海洋反射模型、能够模拟复杂船舶几何形状的表面几何模型、热传递模型、考虑多次反射的表面辐射模型以及支持柴油和燃气轮机羽流辐射预测的模型。 自1992年发布1.0版以来，该模型一直在不断改进，1994年发布的版本2.0增加了羽流、诱饵和导弹交战的附加子模型。为了反映这种增加的能力，该名称被改为SHIPR/NTCS。1994年，北约第五研究小组（RSG-5），该组织专门负责研究红外海上目标和背景特性，赞助了一个红外舰船建模学习班，以评估红外舰船建模的最新技术，并随后选择一个仿真软件作为北约标准。在审查了来自美国和其他北约国家的许多船舶仿真软件后，SHIPIR被选为北约标准。根据1993年进行的一项验证研究，RSG 5确定并实施了一系列升级，这些和后续的模型改进总结在图3中。由此产生的北约版本（2.3版）于1997年初发布，并分发给所有RSG 5成员进行评估。 
图 1 SHIPIR的输出示例 
图 2 SHIPIR/NTCS的演变 
图 3 SHIPIR子模型的框图 NRL为评估SHIPIR和其他此类仿真软件而开发的验证方法的详细描述已在其他地方进行了说明，基本方法包括四个步骤： 步骤1：确定仿真是否可以实际验证； 步骤2：在进行任何特定仿真实验之前进行先验评估，使用适当的国防建模与仿真办公室（DMSO）指南验证模型，审查以前对单个子模型的验证工作，并审查以前对集合系统模型的旧版本的验证； 步骤3：设计和执行一个新的实验，具体目的是在适当的领域验证一个特定仿真； 步骤4：误差的验证后诊断，进一步提高仿真的预测精度。 3.1验证研究验证是确保仿真结果能够真实反映基本模型的过程。它主要是一个“调试”任务，有几个可用的测试：固定值测试和极端条件测试。验证倾向于关注特定的数据和案例，这是由戴维斯工程公司执行的。 3.2以往验证工作的回顾SHIPIR中使用的唯一遗留子模型是LOW/MODTRAN，该模拟代码由空军开发，用于预测特定路径上的光传播（传输和路径辐射）。MODTRAN主要被SHIPIR用来预测天空的带内辐射。天空辐射随后影响带内海洋辐射、与船的辐射热传递以及船的带内反射辐射。 之前的三项验证研究是在SHIPIR上进行的，两项由戴维斯工程公司进行，一项由荷兰自由电子激光实验室进行。戴维斯工程公司的两个项目使用了1992年以前的NRL数据集，并专注于小平面背景辐射预测。两项研究都评估了预测的准确性，并提出了改进模型的建议。许多推荐的改进被纳入2.4和2.5版本。由自由电子激光公司进行的验证研究，将用于荷兰护卫舰Van Nes的舰船红外辐射强度测试与仿真结果进行对比。在8-12μm波段的有限运行分析中，SHIPR的预测精度约为20%。 3.3验证实验的设计模型验证实验的目的有两点：1.评估模型仿真误差，2.定位和识别模型规格误差。在计划实验时遵循了许多设计原则。内生变量（带内辐射）和所有外生变量（输入参数）都需要足够的测量精度，以确保测量和仿真之间的差异仅由模型规格误差引起，而不是直接测量误差或测量输入参数误差。 3.3.1精度要求为了规定每个输入参数的精度要求，对模型进行了灵敏度分析，以确定输入误差的值，该值将在输出变量中传播到规定的精度水平，这些值以及估计的实际测量精度如表1所示。除能见度和3.5～4.1μm带内辐射外，所有测量精度都是足够的。 表 1 输入参数的精度要求 
3.3.2适用范围该模型的适用范围是通过对美国海军感兴趣区域的主要天气相关输入参数的统计分析来确定的，适用范围由从NSWC-Dahlgren气象数据中获得的参数指定。获得了五月份切萨皮克湾地区的平均天气条件，以确定测试场地的环境条件 3.3.3中间参数和变量控制为了验证后误差分析，测量了几个中间参数：MODTRAN天空辐射子模型的天空辐射、MODTRAN太阳模型的太阳辐照度、Mermelstein海洋模型的海洋辐射以及传热子模型的表观温度。一旦预测误差被缩小到子模型水平，就有必要进行一个控制良好的实验，以产生关于模型规格误差的有效信息。 测试产品被设计为一系列独立的热隔离测试面板，每个面板具有不同的光学涂层，覆盖一系列的太阳吸收率（α）、热发射率（ε）和带内反射率（ρ）。这些面板上的涂料被选择为显示三种水平的太阳吸收率（白色、灰色和黑色）和三种水平的红外带内漫反射率（低、中和高）。六块面板中的两块，UFB（平黑）和白色的光学特性如表2所示。其他重要的变量是云量和太阳辐照度。由于天空模型没有考虑部分云量，数据仅在晴空和完全阴天的条件下收集。通过收集白天和夜晚不同时间的数据，获得了太阳辐照度的变化数据。 表 2 两个测试面板的光学特性 
3.3.4数据点数量对于SHIPIR，每个谱带每个面板大约有20个输入参数，为了获得合理数量的统计自由度（>10），每个波段至少需要30个数据点，针对六个面板，至少需要运行五次。 3.4实验的执行5月12日至6月5日，在NRL切萨皮克海湾支队进行了为期4周的测量实验。6块测试样版安装在NRL LCM 8舰船上，如图4所示，还有一个气象站和热电偶（面板温度）测量系统。总共收集了20次运行的数据，其中5月14日的运行1～4被用作仪器校准和调整的“试运行”，第17次和第18次试验因云层变化问题而中止，表3显示了剩余14次运行的最终天气参数，参数范围与表4中要求的域进行了比较。所有的测量都是在指定的范围内进行的，但是它们并没有覆盖整个领域。未来的验证实验将覆盖该领域的其余部分。 
图 4 测试示意图 本文进行验证研究以评估SHIPR（V2.5）的仿真准确性，面板测试实验的测量数据用于统计比较表面温度、带内面板辐射和背景（海/天空）辐射的仿真数据。对面板温度误差（均方根值为8摄氏度）的详细功能分析显示，大部分误差是由热瞬变（未建模）和太阳入射辐照度的错误预测造成的。注意，将海洋目标的环境建模为稳态会导致白天目标特性的最坏情况，然而，由于太阳相对位置（即船舶航向）的快速变化或太阳辐照度的自然变化，船舶特征有很大的变化。测试期间测量的热瞬变对舰船特性有很大的影响，随着现代隐身舰船设计的进步，这将变得更加重要。
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