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精确制导中的景象匹配

发布时间:2019-06-29 02:42 来源:未知 编辑:admin

  当前高新技术正在世界范围内迅猛发展,高新技术的广泛应用,正深刻改变着世界经济和军事斗争的面貌,引发了军事领域一系列的革命性变化,武器装备呈现出信息化、智能化、集成化的趋势,打击精度空前提高。美国前国防部长威廉-佩里在1996年3月给总统和国会的年度报告中首次提出了“军事革命”的概念,指的是采用新技术的军事系统同创新的作战概念和组织改编相结合,从根本上改变军事行动的特点和进程。报告还预测了未来战争的变化,第一是远程精确打击,第二是信息战。同时提出了纵深精确打击有可能主宰未来的战争。现代战争必须拥有高性能、多功能的远程精确攻击导弹。这类导弹是未来空地一体战中实施纵深打击的主要手段,世界各国都在加紧研制和部署。

  1999年3月24日,以美国为首的北约对南联盟悍然采取了空中军事打击(以下简称“盟军行动”),并于5月8日野蛮地轰炸了我驻南大使馆。在这次侵略行动中,美军使用了大量先进精确制导武器,所采用的精确打击武器主要有巡航导炸弹,其命中精度和威力令世人担忧。美军使用的战斧巡航导弹主要是Block3型,它是在海湾战争中使用过的BGM-109C/D基础上研制出来的,采用惯导+地形匹配+GPS+景象匹配制导,最大射程1667公里(舰射)/1127公里(潜射),命中精度3~6米(理论),巡航高度15~150米,巡航速度0.5~0.75马赫,价格约140万美元。在“盟军行动”中使用的精确制导炸弹主要是联合直接攻击炸弹(JDAM)等。JDAM由常规炸弹改进而成,采用惯导加GPS复合制导方式,精度10米,价格1.2万美元,美国海军的F/A-18C/D战斗机和空军的B-1\B-2轰炸机都能携带。

  3型战斧导弹增加了主发动机燃料,燃烧效率和可靠性得以提高,身程比2型增加556km,达到了1852km。它采用全球定位系统和惯性导航系统(GPS/INS)进行中制导,用改进型数字景象匹配区域相关器和辅助地形匹配进行末制导。改进型数字景象匹配区域相关器向导弹显示飞向目标途中的路标数字图像,减少季节和昼夜变化对制导精度的影响,增大了有效景象区域,可准确进入一个足球门大小的空间。如果目标发生变化(如目标被炸毁),弹上计算机仍能识别部分景象,准确计算出导航飞行姿态和修正数据。通过GPS系统可随时确定导弹的三维空间位置和飞行速度,使导弹不偏离航向,控制导弹从不同方向攻击目标,同时大大缩短任务规划时间。这些措施使导弹的准确性大大提高,在达到2000km的射程时,圆概率误差不大于10m。3型战斧还提高了准确到达目标的时间能力,以利于同战区其它导弹、飞机和般艇协同作战,其“到达时间”控制软件使从相隔甚远的不同时区发射的多枚导弹几乎能同时命中两个国家的陆上目标。

  美国的战略家认为,战斧导弹不会危及任何发射人员的安全,是一种适合在“零死亡率”战争中使用的武器。美目前正在研制更先进的隐身巡航导弱,其雷达反射面积在0.01m2以下,并利用低空亚音速飞行避开敌方雷达的探测和跟踪等,同时也在控索研究8马赫的高超音速巡航导弹的可能性。其中最引人注目的是将于2005年部署的4型战斧上利用GPS接收机,接收飞机和卫星上的合成孔径雷达产生的图像进行中制导,利用红外成像进行末制导。与3型战斧的数字景象匹配区域相关末制导相比,雷达图像不受天气条件的影响,可达到圆概率误差小于5m的精度。

  景象匹配末制导是精确制导武器精确命中目标的关键巡航导弹之所以能够准确摧毁目标,主要是由于它在末制导阶段采用了数字式景象匹配区域相关器(DigitalScemeMacthingAreaCorrelator,DSMAC),即下视景象匹配系统。当巡航导弹飞到靠近目标末段时,下视景象匹配系统通过图像匹配技术准确地测定导弹的空中位置,并计算处于目标的位置偏差,送至导航计算机,引导导弹准确命中目标。

  所谓景象匹配,指的是两个不同的传感器从同一景物位置录取下来的两幅图像在空间上进行对准,确定出两者相对位移的过程。将预先拍摄到的地面景象照片,按照象素尺寸制成数字化地图,在导弹执行任务之前制定飞行路线,选择响应区域范围的景象作为基准图存入弹载匹配计算机中。如果该基准图景象特征明显,便于导弹准确匹配定位,则称之为匹配区。当导弹飞到预定位置时,弹上摄像机拍摄正下方地面的图像,并按象点尺寸、飞行高度和视场等参数生成一定大小的实时图,也送到匹配计算机中。在匹配计算机中,进行实时图与基准图的相关比较,找出两者的位置。由于基准图的地理坐标位置(或与目标的相对位置)是事先知道的。因此,根据它与实时图的配准位置,便可确定导弹相对于目标的位置,这就是景象匹配系统的动作过程。

  在完整的景象匹配过程中需要用到匹配区选择准则的确定(如灰度相关准则,空频域特征的准则,几何准则等)、景象的预处理(图像的增强、直方图均衡、图像的细化、图像去噪声、图像的几何畸变校正等)、景象特征提取(景象区域相关性提取,景象边缘跟踪,景象频域参数的提取,景象形态学参数的提取等)、景象分析(通过一组现有的景象选择准则与从景象图提取出的参数进行比较、综合过程)、景象评价(进行比较、综合后,对给定基准图中的可用景象进行评价和输出)、粗匹配定位算法、精匹配定位算法和匹配结果评估算法。

  我国的景象匹配的研究起步比较晚,目前距离世界水平尚有一定距离,据公开的资料,尚没用应用于实际定型武器的景象匹配系统。模式识别国家重点实验室正在对景象匹配相关技术进行研究,期望通过与军方的密切合作,整合实验室业已在图像处理、模式识别领域形成的各专业优势,为我国国防事业现代化建设做出新的更大贡献。(据《科学新闻周刊》)

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