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由“潘兴Ⅱ”到反舰弹道导弹(十一)

时间:2020-04-22 02:34:51

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由“潘兴Ⅱ”到反舰弹道导弹(十一)

与地形匹配制导方式一样,数字景象匹配也要先通过战前侦察,获得目标图像,也就是在目标附近选择地貌特征明显的地区作为景象匹配区域,并把这个区域细分成海量的正方形小单元,有些类似于显示器的一个个像素点。

早期的网格划分采用四方形,但是这种划分方式粗糙,当目标形状不规则时,数据利用率就非常低

根据目标物体形状进行划分能够准确描述物体的几何形状:在远离物体边界区域网格划分接近平整四方形,而在靠近物体边界处,网格划分则契合物体不规则边界(同时也应考虑变形梯度)

物体不同区域的光强不同,因而每个方格上的色彩明暗也不同,将网格单元的平均光强度换算成相应的数值,就构成构成反应各单元光线强度灰度等级的数字图像,存储在制导系统中,这样就完成了给目标的拍照。

灰度图像每个像素只有一个采样颜色,通常显示为从最暗黑色到最亮的白色的灰度,灰度是通过对数关系在白色与黑色之间划分的一系列等级,理论上图像的采样可以任何颜色的不同深浅,甚至可以是不同亮度上的不同颜色呈现

数字化的图像放大后就是这样的,这是计算机“看”到的样子,它是一张数字矩阵,将数据以矩阵形式地进行存储无形之中打开了数字图像处理的大门

你可以用另一个矩阵作用它得到旋转、平移、拉伸后的图像,也可以对这个矩阵进行无损或有损的压缩等等,应用计算机图像学还可以变化道路的弯曲方向

灰度图产生之前采用的是黑白二值图,矩阵的元素是01双值,此时计算机存储的是一堆“是是非非”。不过二值图像局部面貌不清晰,补偿手段就是扩充矩阵维度(加密网格),这将导致计算机耗时呈指数级增加前期获得的目标灰度图像信息量越大,数字矩阵各向异性越好,匹配效果就越好,打击误差也就越小。这种照片可以通过无人机,高分辨率侦察照相卫星实现,但都不如间谍地面侦察效果。导弹通过图像传感器接收光信号,经CCD将光信号转换成电信号。图像传感器通常是一种特制的电视摄像机,它由成像阵列和图像增强器等组成,当导弹飞经景象匹配区时,这个摄像机就会及时启动拍摄,然后将图像进行处理形成实时遥感图像。并与发射前存储的对应地点的景象进行比对,判断误差,确定导弹是否偏离预定航线,如果导弹偏离航线,则产生修正导弹航线误差的控制信号,为提高制导精度。

土耳其无人机机载CCD拍摄到的打击叙利亚画面

不同类型船舶的光学和合成孔径雷达图像,合成孔径雷达弥补了光学对地观测的短板——能够穿透云雨、雪雾、沙尘等各种障碍,全天候,风雨无阻!反舰导弹技术的第一个门槛就此踏破本期的将截止在灰度景象匹配这里,开挂的合成孔径技术将在下期介绍。

东风-10A巡航导弹发射画面中,我们隐隐地能看到弹头下方有一排黑色的小窗户

从火箭军发布视频的另一个镜头中我们能看清这些一排四个的“小窗户”,它们就是光学/电磁窗口。这些窗户中除了用于地形匹配制导(TERCOM)的无线电高度计天线罩外,还包括光学图像比对系统的镜头与闪光灯,而光学图像比对系统正是数字景象匹配制导(DSMAC)的眼睛。这个闪光灯干嘛的呢?其实就像汽车走夜路开车灯灯,导弹开闪光灯后镜头就能拍到相应画面。

网友根据战斧导弹推测东风-10A导弹的底部4个窗口(右图),从第二个开始依序为景象匹配(DSMAC)镜头、地形匹配(TERCOM)天线罩、景象匹配闪光灯。但如果比对美国的 “战斧”导弹(左图),或许第一个应该是景象匹配镜头,第2与4是地形匹配天线罩(一发一收),而第三个最大的方形窗才是DSMAC闪光灯。当然,以上纯属推测

弹载DSMAC闪光灯并没有想象中那么高大上,它和照相机的上光灯原理一样,都是用来增加曝光量,保证在昏暗情况下保证弹载可变焦CCD摄像机拍摄出清晰画面弹载CCD的最早部署于战斧巡航导弹,并在海湾战争中随战斧一起扬名:

与东风10有着相同用途的陆基战斧,被列在中导条约的黑名单中,但是从历史的照片中我们依然能够清晰地辨别出弹体腹部的摄像机、雷达高度计和闪光灯

1.0版“战斧”导弹的闪光灯与早期智能手机用着同样的氙气闪光灯,很难想象这个妖孽出生在将近半个世纪之前

来看看早期常规版“战斧”导弹吧:“鼻孔”中安装着制导电子系统,而“弹鼻”下方就是用于景象匹配的圆形摄影机镜头(红色圆框),闪光灯装(红色方框)在弹头前方,两片(一发一收)雷达高度计(蓝色框)则装在闪光灯前后

最新版的 “战斧”Block 4版(右下)则将闪光灯移到弹头后方,摄影机装到弹翼后方,雷达高度计天线改成位于两者之间

B-52H加挂AGM-86B型核巡航导弹当然了,能给巡航导弹导航也就能给飞机导航,尤其是无人机利用匹配导航方式能够自主规划路线。比如,有网友推测大量六爷被改装成无人机进驻台海前沿基地,战时这些六爷和远程火箭炮、巡航导弹进行搭配,能够大量消耗对方防空火力。这里就不再展开了,推荐两篇文章《外军战斗机数字地图显示系统和地形参考导航系统》,《外军机载数字地图显示系统和地形参考导航系统》。地形匹配与景象匹配都可用于长距离飞行过程中的航线校正,校正方法一般是将飞行器上实时拍摄的航图(实时图)与事先存储的卫星图(基准图)用去均值归一化积相关匹配算法(MNPROD)进行相关匹配以精确确定飞行器当时所在的位置。

实时图、基准图与匹配图。当导弹飞越某一参考地图所标志的区域存在位置偏置偏差而产生一个有效的相关信号,形成指令,以控制导弹回到正确的弹道上来。重复上述相关过程,导弹就按照存贮的参考地图精确地寻找指定目标

但在匹配过程中,由于拍摄时间、成像方法的不同以及自然条件的变化,实时图和基准图上相对应的基准子图可能差异较大,很容易出现误匹配。

所以为了在实际匹配时尽量降低误匹配的概率,飞行器飞行前需要进行航迹规划,也就是使飞行器在匹配成功概率高的区域上飞行,这些区域往往有显著的、独特的、容易定位的目标,这就是匹配区。

在航迹规划时,可以预先设定一个遴选概率,然后按照一定步长从基准图上选取区域进行匹配概率估计,最后选出所有估计值大于遴选概率的区域作为匹配区,在这些匹配区中规划出飞行器的飞行路径,这个过程就是匹配区的选择

战斧飞行过程是惯性-地形匹配-景象匹配接力的过程,由于在飞行过程中一些节点要开启地形匹配制导,因而战斧导弹飞行弹道是一条机动变化的轨道

飞行弹道多变给拦截带来巨大困难,所以在伊拉克战场长战斧导弹往往突然出现在目标上空,以出其不意的攻击使对方措手不及。

它可以在极低的高度飞行,在海上巡航高度为7-15米,当在宽阔的海域飞行时,甚至可以贴着海浪的高度机动飞行。当战斧进入陆地以后飞行高度在60米一下,甚至可以掠过树顶或房顶的高度机动飞行。在崎岖山区飞行高度也在150米一下。这样可以处在对方放空雷达盲区内飞行,就能够很隐蔽地躲避对方雷达搜索。

地形匹配可以用于打击地形起伏明显的目标。景象匹配则可以不挑时间,不挑天气(合成孔径雷达),不挑地形(全天候、全天时、全地形)。

为了使导弹能够在匹配时做出快速反应,必须根据所获得的数据制备出尽可能简单的基准地图。目前,匹配式导航发展的前沿集中在:如何发掘更多的基准图以制备参考数据源,如何在真实复杂的自然场景下快速制备基准图,如何快速生成匹配区域并选择容易识别的区域,这些问题已经成为该领域中长期研究的核心问题。

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