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电视制导

发布时间:2019-06-17 17:40 来源:未知 编辑:admin

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  电视制导是利用电视来控制和导引导弹飞向目标的技术,有两种制导方式,一种是电视指令制导,另一种是电视寻的制导。按照所摄取目标辐射或反射光的波长,电视制导可分为可见光电视制导和红外电视制导。

  电视制导体系是目前国际、国内都在努力研究、并且是目前作为以往各种精确制导武器在末制导阶段的一种有利辅助措施,或是作为新式武器以及已有武器在升级换代时的备选方案之一。电视(图像)通过一次性获得目标区域的全方位信息,从而为精确打击提供了更有效、实时的目标精确导引措施。

  电视制导属于被动式制导,是光电制导的一种。作为导弹末制导设备的电视制导是由弹上电视导引头利用目标反射的可见光信息实现对目标捕获跟踪,由电视摄像机接受来自目标的光辐射能量并转化为电信号,导引导弹命中目标的被动寻的制导技术。它能够稳定跟踪和精确瞄准定位,并具有抗干扰性强、隐蔽性好、分辨率高和成本低等特点,对于低空或超低空目标也具有良好的跟踪性能,并且能实时显示运动目标图像。

  电视指令制导系统是早期的电视制导系统,借助人工完成识别和跟踪目标的任务。它由装在导弹上的电视摄像机电视发射机发射天线、指令接收天线、指令接收机、自动驾驶仪以及装在载机上的电视接收天线电视接收机、计算机、指令发射机、发射天线等组成。导弹上的电视摄像机将所摄取的目标图像用无线电波发送到载机,飞机上操纵人员得到目标的直观图像,从多个目标中选取需要攻击的目标,然后用无线电指令形式发送给导弹,通过导弹上的自动驾驶仪控制导弹,使它跟踪并飞向所选定的目标。

  电视寻的制导系统是近期发展的电视制导系统,它与红外自动寻的制导系统相似。导弹从载机上发射后就与载机失去联系,完全依靠导弹上的电子光学系统(电视自动寻的头)自动跟踪目标,并通过导弹自动驾驶仪控制导弹飞向目标。电视寻的制导系统全部装在导弹上,由电视自动寻的头和自动驾驶仪等组成。电视自动寻的头是系统的核心部件,它由电视摄像机、图像信息处理装置、跟踪伺服机构等组成。在外界可见光照射下,外界景物经过光学系统和电视摄像管变为视频电信号,信息处理装置按视频信号的特点判定视场内是否存在目标。无目标时,摄像机中的光学系统反复扫描;有目标时停止扫描并给出目标方位与光学系统轴线之间的偏差信号。跟踪伺服机构根据这个信号调整光学系统,使光轴对准并跟踪目标。与此同时这个偏差信号送入自动驾驶仪,按一定的导引规律控制导弹飞向目标。80年代以电荷耦合器件代替摄像管,使图像灵敏度和清晰度大为提高。以图像识别系统代替原有的简单图像信息处理装置,在背景比较复杂和目标形成的电平无显著特征的情况下,也能识别目标。

  按照所摄取目标辐射或反射光的波长,电视制导可分为可见光电视制导和红外电视制导。

  可见光电视制导具有技术上比红外电视制导成熟的优点,由于电视分辨率高,能提供清晰的目标图像,便于鉴别真假目标,制导精度很高。但因为电视制导是利用目标反射可见光信息进行制导的,所以在烟、雾、尘等能见度差的情况下,作战效能下降,且夜间不能使用。机载发射的可见光电视制导和红外电视制导的反坦克导弹均已研制成功。

  红外电视制导是利用导弹头部的热成像仪摄取目标图像信息,利用数字计算机对目标图像信息进行处理,形成控制信号来控制导弹飞行的制导方法。由于采用红外波段,白天、黑夜或是目标有简单的伪装时,红外图像制导的导弹仍能正常工作,具有较好的全天候作战能力。但是,红外热成像的技术难度大,成本较高。

  电视导引系统的出现可以追溯到二战时期,最早使用的电视体制制导武器是曾经在第二次世界大战中德国使用的Hs294D 型空地制导弹。二战后,美俄等国都推出了其自成体系的电视制导武器系统。在七十年代越南战场上,美国使用的电视制导武器是AGM-62 Walleye 型电视制导滑行炸弹,以极高的命中精度摧毁了越南众多军事目标而闻名世界。在1973 年第四次中东战争中,以色列使用的美制电视制导的“小牛”空地导弹和有线制导“陶”式反坦克导弹,作战效果引人注目。其后,又有GBU-15 人在回路型电视制导无动力炸弹,于1975 年测试通过并一直沿用至今。可以换装红外图像制导头以供夜间使用。该制导炸弹在沙漠风暴行动中共投放71 发,全部命中目标,取得了理想的战略效果。

  AGM-65 Maverick(幼畜)型是AGM 系列的改进型,主要执行近空支持,以及近空火力压制的任务。AGM-65 系列中A、B 型都是采用电视制导体制,由美国空军研制。由于A 型的光电设备的老化和不断的落后而被淘汰,目前仍在使用的是B 型CCD 电视制导导弹。在沙漠风暴中大量使用了改型导弹,命中率在85%左右。AGM-130 系列电视制导炸弹是一种类似GBU-15的高性能制导炸弹。采用了GPS/INS 作为其中的制导手段,而在末端采用电视作为精确制导手段。A 型于1984 年研制成功,并于1994 年首次装备并使用。其余的改进型MCG、LW 以及C 型都是在此基础上发展起来的多用途制导炸弹系列。AMG-142Raptor(猛禽)是AMG 系列的中程空地电视制导导弹,主要装备B-52轰炸机,以提高轰炸机的生存能力和轰炸精度。其控制采用人在回路设计,即由飞行员进行目标搜索和锁定,并引导导弹最终命中目标。

  Kh-59 系列是目前较成熟并广泛使用的电视制导空地导弹,由俄国Raduga 设计局设计的,其主要攻击大型地面固定目标,具有较高的命中精度。改进型Kh-59ME 主要用来装备先进的Su-30MKK 型战斗机。英国设计制造的Bristol RP8 也是一款高精度空地电视制导导弹。

  我国电视制导技术方面的研究和应用起步较晚。80 年代初期开始电视制导武器系统的立项研制,90 年代末成功研制了我国第一代空对地电视制导导弹,2000 年先后开始了KD-XXX 电视制导导弹的研制和俄某型电视制导导弹的仿制。

  可以看出,在国际国内军事领域,图像制导尤其是电视体制末制导已经占有相当分量。或者成为有力的辅助制导方式,或者成为一种可供替换的精确制导方式。

  早期由于光电转换器件发展水平和图像处理技术的限制,电视制导技术的发展缓慢。随着此类器件从超正析摄像管、光导摄像管到CCD 器件的发展和超级DSP 器件的应用,电视制导技术又得到了充分的发展。虽然目前电视制导并不比雷达制导应用广泛。但随CCD 器 件、光导纤维和超大规模集成电路图像处理技术的出现和发展,很多方法的成熟和这些算法的工程实现的不断发展,使得这些新的算法能够被应用在武器制导方面。

  这些方法主要有:链码图像理解、数学形态学小波变换、分形方法和模板匹配等,在武器制导方而均获得了广泛的应用,并且获得了理想的效果。

  数学形态学主要应用在图像边界提取领域,通过膨胀、腐蚀以及开闭算法获得图像中目标可能区域的闭合曲线。该方法获得的图像边界清晰、简洁,同时可以排除大量的干扰因素,获得更可靠的边界。但同时其计算量十分可观,通常数学形态学算法仅通过一两次处理是不能获得理想效果的,一般都要使用不同的模板进行多次处理才能得到较理想的结果。故而在使用领域众多采用它的简化方法,既然是简化算法,效果就会大打折扣,目前,其工程试用算法仍在研究阶段。

  小波变换方法使得多分辨率处理在图像处理中获得成功使用。小波变换是频域变换工具中的短时傅里叶变换的一个变形,早先是用来进行时频分析的工具。由于在图像领域应用的条件不断成熟,特别是硬件条件的不断成熟,使得其能够在图像处理领域得以应用。

  SIFT(尺度不变特征变换)算法是近年来提出的一种新的匹配算法,它通过提取尺度和旋转不变特征解决了目标在尺度和旋转变化下的匹配问题,在对比度、亮度变化下具有很强的稳定性,对于拍摄角度的变化也有一定的适应能力。SIFT 匹配算法利用局部尺度不变特征进行图像匹配,首先进行尺度不变特征点的检测,然后计算尺度不变特征描述算子,最后根据特征描述向量进行特征点的匹配。

  先进的高速器件及其并行处理技术,既可以用于复杂的相关匹配算法,也可以用于开发新一代的目标特征匹配跟踪器,更容易实现复合模式的自动制导。寻求合适的跟踪算法,采用最新的高速微处理器,是电视制导智能化、小型化技术进步的必然趋势。

  贾玉林,张麟瑞,程科. 可见光系统在制导武器中的应用——电视制导技术[J]. 红外与激光工程,2006,(S1):1-8.

  张自发. 电视制导技术应用研究[A]. 中国航天科工集团公司.第九届全国光电技术学术交流会论文集(下册)[C].中国航天科工集团公司:,2010:3.

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