自动目标识别在空地制导武器上的应用特点及发展趋势

i搓翻‘与翻导j 自动目标识别在空地制导武器上的 应用特点及发展趋势 明宝印 邢晓岚 尹 健 摘要介绍了几种具有自动目标识别功能的空地制 导武器，阐述了技术难点及工作原理，对自动目标捕获与 “人在回路”捕获的各自优点进行了比较，并分析了自动目 标识别在空地制导武器上的应用特点及发展趋势。 关键词空地导弹 自动目标识别 数据链 发射后不管 人在回路 线条图匹配 对于地面目标来说，由于其背景比较复杂，对 这些目标的识别相对比较困难，这也是过去许多空 地制导武器采用“人在回路”进行目标捕获的主要 原因，但是最近几年情况却发生了很大变化，自动 目标识别(ATR)技术被多种空地制导武器采用，利 用自动目标识别方法对目标进行自动捕获，已经逐 步成为空地制导武器发展的一个重要趋势。 l具有自动目标识别功能的空地制导武器介绍⋯ 1．1 SLAM．ER空地导弹 AGM．84ESLAM的研制工作始于1986年，该 型导弹最大射程100km，采用INS／GPS+红外成像 末制导的制导方式，另外加装有视频数据链，末端 “人在回路”，由飞行员识别、捕获目标。 后来，美国在AGM一84E的基础上改进研制了 AGM．84HSLAM．ER空地导弹，该弹的最新发展型 是SLAM．ERATR，它安装有自动目标捕获系统 (AutomaticTargetAcquisition，ATA)。ATA具有实 时目标提示功能，它对预存的目标参考图像和导引 头拍摄的图像进行比较，以确定预定攻击点在导引 头视场中的位置，帮助飞行员或武器操作员发现预 先设定的目标。该导弹仍具有“人在回路”功能，飞 图l SLAM．ER空地导弹 行员或武器操作员可以选择干预或者不干预ATA 自动识别的目标。 2001年4月的飞行试验中，SLAM．ER的自动 目标识别功能得到了成功的验证。 1．2 JASSM空地导弹 JASSM空地导弹，美军编号AGM一158，1996年 开始研制，2001年开始小批量生产。 JASSM空地导弹最大射程200nmile，采用 INS／GPS+红外成像末制导制导方式，导引头有自 动目标匹配算法。导引头视场12。，采用256×256 元焦平面探测器，敏感波长3灿m～5斗m。导引头 在与目标遭遇前8S左右激活，图像更新率为5Hz。 2001年1月，JASSM空地导弹首次进行了自动 目标匹配算法方面的试验，取得了成功。 目前装备的JASSM空地导弹没有数据链，正 在考虑对JASSM安装数据链，数据链的主要目的 是用于毁伤效果评估，并可在飞行过程中更改要攻 击的目标。 本文2007舫．25收到，明宝印系北京理工大学博士研究生，邢晓岚、尹健均系空军装备研究院装备总体论证研究所高级 工程师 ·30· 飞航导弹2008年第2期 万方数据 图2 JASSM导弹任务规划系统目标线条图提取 图3 JSOW—C结构布局 1．3 JSOW-C JSOW-C是JSOW(JointStand—OffWeapon，联合 防区外武器)的最新发展型号，射程超过15nmile。 JSOW—C采用雷锡恩公司研制的、带自动目标 截获算法的非致冷长波红外导引头。JSOW—C是第 一种采用串式爆破杀伤／侵彻战斗部的美国武器型 号，该战斗部由英国BAE系统公司研制，引信由泰 勒斯法国公司开发。 2005年JSOW．C进入全速生产。美国空军、海 军都有较大量的订货，美国海军 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 购买3000枚。 需要 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 的是，JSOW-C虽具有自动目标捕获 功能，但仍有数据链，数据链型号为AN／AWW一13， 与SLAM空地导弹使用的数据链型号一样。 1．4风暴前兆(StormShadow)空地导弹 风暴前兆是欧洲MBDA公司为英国皇家空军 研制的真正具有发射后不管功能的防区外发射空地 飞航导弹2008年第2期 图4风暴前兆空地导弹 武器，2002年装备部队，可挂载于狂风、F一16E／F 等战斗机。导弹采用INS／GPS+地形匹配+红外成 像末制导的制导方式，射程超过650km。 风暴前兆空地导弹采用“半捷联导引头”，具有 自动目标识别功能，其探测器为320×256元的碲 镉汞焦平面阵列。导引头的头罩具有隐身功能，在 末制导阶段，头罩被抛掉。 据统计，在2003年的伊拉克战争中，英国皇家 空军共发射了27枚风暴前兆空地导弹，取得了较 好的战果。 目前风暴前兆空地导弹没有数据链，MBDA公 司计划对风暴前兆空地导弹进行改进，打算为其安 装单向或者双向数据链，以满足发射后重新选择目 标和毁伤效果评估功能的需要。 1．5 KEPD-350空地导弹¨。’1 KEPD一350防区外发射空地导弹是由德国的 MBDA／LFK公司和瑞典的萨伯博福斯动力公司组 成的金牛座系统股份有限公司研制的，射程超过 350km。德国的狂风(Tornado)、瑞典的鹰狮(Grip— en)飞机、西班牙的F／A一18飞机都将装备这种型号 的导弹。 KEPD．350。导弹采用INS／GPS+地形匹配+ IBN+红外成像末制导制导方式。 KEPD．350导弹采用“半捷联导引头”，导引头 本身没有速率陀螺，根据当前的框架角和导弹惯性 测量单元(IMU)测出的导弹姿态信息，对导引头视 线进行稳定。导引头视场(为单视场)10。，采用 256x256元InSb(锑化铟)红外焦平面阵列探测器。 ·31· 万方数据 图5 KEPD-350空地导弹 在末制导阶段，导弹头部的锥形头罩抛弃。 导弹末制导段，人不在回路，不需要导弹传送 导引头拍摄图像给发射导弹载机。导弹接近预定的 攻击目标时，拉起到最适合目标捕获和侵彻的高 度，对导引头拍摄的图像和预存的目标图像进行匹 配，一旦匹配上，就对目标进行跟踪。 KEPD一350导弹中制导的最大特点是：它创造性 地使用了“基于图像的导航”方式。“基于图像的导 航”工作原理为：将导引头拍摄的图像和导弹上预 存的导航点的卫星图片进行匹配，匹配成功后，即 可算出导弹相对于导航点的位置。在地形起伏不大 的地方，地形匹配失效，但是如果地面有道路、房 屋等物体，就可以使用“基于图像的导航”；在城市 地区，地形匹配几乎完全失效，而“基于图像的导 航”仍可以很好发挥作用。2001年7月，“基于图 像的导航”进行了首次挂飞试验，试验中，红外导 引头识别出了20个预定导航点中的19个。2004 年在南非进行的一次飞行试验中，有100km完全 关闭了GPS接收机，依靠地形匹配和“基于图像的 导航”进行导航，试验结果表明这种方式也具有很 高的导航精度。 1．6 SPICE空地导弹 SPICE空地导弹由以色列拉斐尔公司研制，导弹 采用INS／GPS+光电成像导引头(CCD电视成像导引 头或红外成像导引头)，最大射程50km，可挂载于F一 15、F一16和鹰狮飞机，2003年具备作战能力。 SPICE空地导弹与载机之间有数字型数据链， 可使用“人在回路”方式捕获目标。SPICE空地导弹 也可采用自动目标识别方式，可在距离目标1．5km 处锁定目标。目标图像信息来源于机载雷达或 RecceLite目标指示吊舱。使用ATA时，导弹的 CEP为lm一5m。 ·32· 图6 SPICE空地导弹 1．7采用DAMASK导引头的JDAM 试验表明，JDAM使用INS／GPS方式时，制导 精度CEP为8m，仍不能满足对一些目标进行精确 打击的需要。1999年，美国开始进行直接攻击弹药 可支付导引头组件(DAMASK)导引头的研制。 DAMASK导引头采用了与弹体捷联的非制冷红外 探测器，具有自动目标识别功能。 据报道，采用DAMASK导引头的JDAM可以从 合成孑L径雷达或者前视红外系统的成像信息中，选 择将要攻击的目标。制导精度CEP可达3m，并可 在GPS被干扰情况下准确命中目标。 某次试验时，使用F．16飞机，在8．5km高度、 Ma=0．8速度、距离目标斜距9．65km条件下，发 射了带DAMASK的JDAM制导炸弹。发射后， JDAM不再接收GPS信号，单纯依靠惯导飞行，距 离目标1．8km处，DAMASK根据探测的目标信息 和存储的目标模板，识别出目标，并发出修正指 令，5s后，JDAM直接命中目标。 2自动目标识别(捕获)的技术难点及工作原理 国外新型空地制导武器纷纷采用自动目标识 别，可以进行自动目标捕获，采用自动目标捕获已 经成为国际发展趋势，但是自动目标捕获的技术门 槛比较高，其关键技术是自动目标识别算法，自动 目标识别算法需要解决的难点包括： 1)目标特性的多样性； 2)背景的千变万化； 3)随天气情况、太阳辐射变化等因素引起的 飞航导弹2008年第2期 万方数据 目标和背景辐射特性的变化； 4)从卫星图片提取的模板图与导引头拍摄的 图像存在的几何畸变； 5)导弹中制导误差。 目前国外装备的空地导弹上使用的自动目标识 别算法，几乎都采用了线条图匹配的方式，这是自 动目标识别技术应用的较低级层次，但也是目前切 实可行的方式。 下面以JSOW．C导弹为例说明空地导弹自动目 标捕获的工作原理。JSOW—C导弹上使用的是线条 图匹配的方式进行自动目标捕获。在地面任务规划 的时候，从卫星图片中，提取出公路、建筑、河流 等的线条图来。导弹在末制导段，人不在回路，不 需要导弹传送导引头拍摄图像给载机上的武器操纵 员。导弹接近预定的攻击目标时，拉起到最适合目 标捕获和侵彻目标的高度，对导引头拍摄的图像和 预存的目标图像进行匹配，一旦匹配上，导引头就 可对目标进行跟踪。其它空地导弹使用自动目标捕 获的原理与JSOW．C导弹类似。 JSOW．C导弹采用的自动目标捕获工作流程如 下‘41： 1)任务规划操作人员将目标区图像导入到任务 规划系统，人工指定攻击的目标点和导弹进入方向； 2)任务规划系统软件自动提取出线条图，产 生任务规划文件； 3)在地面或者在空中导弹发射前，将任务规 划文件数据上载到JSOW—C导弹； 4)导引头拍摄的图像经过边缘增强处理，提 取出线条； 5)根据导弹的进入方向和与目标的距离，对 导弹上存储的目标区线条图进行转换，然后与导引 头拍摄的图像提取出的线条进行匹配，确定出攻击 目标点。 3自动目标捕获与“人在回路”捕获各自优点比较 分析 3．1 采用自动目标捕获的优点 1)由于自动目标捕获不需要数据链，自然就 消除了数据链受到干扰造成导弹脱靶的可能，增强 了导弹的抗干扰能力； 2)由于导弹不用发射视频图像信息给导弹发 飞航导弹2008年第2期 射载机，这样就不容易暴露导弹的位置，增强了导 弹的突防能力； ． 3)由于真正实现了“发射后不管”，载机发射 导弹后，可以完全脱离，提高了载机的生存概率； 4)导弹在末制导段，人不在回路，不需要导弹 传送导引头拍摄图像给载机，减轻了驾驶员或武器 操作员的负担，单座机发射不存在问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ； 5)飞机加挂自动目标捕获的空地导弹，机载 电子等设备改装工作量小。 3．2传统的“人在回路”捕获的优点 1)具有实时战场毁伤评估(Battle。DamageAs- sessment，BDA)功能； 2)可以用来攻击移动的目标，比如战术导弹 发射车； 3)在复杂背景下的目标捕获能力比自动目标 捕获强。 比较而言，自动目标捕获具有比较明显的优 点，这也是近年来许多空地制导武器采用自动目标 捕获功能的原因；但“人在回路”捕获也有其自身的 优点。因此，有的国外学者提出，在费用允许的情 况下。最好采用“人在回路”目标捕获方式，并以自 动目标捕获作为备份，这样数据链受到干扰时也能 对目标进行打击。 4自动目标识别在空地制导武器的应用特点及发 展趋势垆1 目前，采用自动目标识别技术的空地制导武 器，其主要应用特点如下： 1)需要提供目标区卫星图片 使用自动目标识别，通常需要在任务规划时提 供目标区域的卫星图片，以提取出目标区域线条 图，用于模板匹配。这对于卫星侦察技术比较先进 的国家不存在什么问题，但是，对于依赖国外卫星 图片的国家来说，将严重制约武器的使用。不过， 随着商业卫星图片分辨率的逐步提高，使用商用卫 星照片也可满足自动目标识别的需要。比如，阿联 酋购买的BlackShaheen导弹(StormShadow导弹的 出口型)，就使用商业卫星图片来满足任务规划的 需要。 2)使用大落角弹道 采用大落角弹道，导引头拍摄图像与卫星图片 ．33· 万方数据 视角较为一致，有利于提高识别概率，而且可以增 大导弹的侵彻能力。 3)采用大视场红外成像导引头 通常采用lOo一120大视场红外成像导引头。 4)中制导精度要求比较高 大视场红外成像导引头捕获距离较近，通常最 大捕获距离2km左右。为满足中末制导交接的需 要，需要较高的中制导精度，为此需要在中制导阶 段，GPS能够正常工作，或者采用地形匹配对弹载 惯导进行修正。 值得注意的是：JASSM、风暴前兆等空地导弹 采用自动目标捕获，最初没有数据链，考虑到战场 毁伤评估以及中途更改目标的需要，军方提出了增 加数据链的技术改进要求，增加的数据链并非用于 “人在回路”方式捕获目标。 可以预见，随着模式识别技术的发展、卫星侦 察技术的发展、弹载计算机速度的不断提高和多模 复合制导技术的广泛使用，自动目标识别和自动目 标捕获在空地导弹上的应用范围将越来越广泛。 参考文献 [1]RobertHewson．TaurusKEPD．350andKEPD．150．Jane’ SAir—launchedWeapons，2004(9) [2]GuentherRiedlandete．IRfocalplanearrayseekersfor ground-to—groundandair·to·groundmissiles．SPIEV01． 4369，2001：201—209 [3]UKlingauf，NSchweyer．Bilddatengesttitztenavigationfiir autonomefluggerateambeispieldesflugkorpersTaurus． EADSLFK，2002．4 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都能够持续进行。飞行器上使用 刘大勇 张进 器相对平稳地实现着陆。 了轻便惯性传感器，用以测量对 ·34· 飞航导弹2008年第2期 万方数据 自动目标识别在空地制导武器上的应用特点及发展趋势 作者： 明宝印， 邢晓岚， 尹健 作者单位： 明宝印(北京理工大学)， 邢晓岚,尹健(空军装备研究院装备总体论证研究所) 刊名： 飞航导弹 英文刊名： WINGED MISSILES JOURNAL 年，卷(期)： 2008(2) 参考文献(5条) 1.Eugene L,Fleeman Technologies for future precisionstrike missile systems introduction/overview 2.Andrew Hartign Joint standoff weapon(JSOW) 2004 3.U Klingauf;N Schweyer Bilddatengestützte navigation für autonome fluggerate am beispiel des flugkorpers Taurus 2002(04) 4.Guenther Riedl IR focal plane array seekers for ground-to-ground and air-to-ground missiles 2001 5.Robert Hewson Taurus KEPD-350 and KEPD-150 2004(09) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_fhdd200802011.aspx