光电成像末制导智能化技术在战场的应用的研究与展望(1).docx

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1、光电成像末制导智能化技术在战场的应用的研究与展望目录导读11 .智能光电技术应用22 .光电成像末制导发展现状22.1. 对海成像末制导发展现状22.2. 2.对地成像末制导发展现状42.3. 对空成像末制导发展现状53 .光电成像末制导智能化技术研究现状71. 1.美国成像末制导技术智能化发展现状73. 2.以色列成像末制导技术智能化发展现状74. 3.其他国家成像末制导技术智能化发展现状84 .未来复杂战场环境作战需求分析81. 1.目标生存能力大幅提升94. 2.对抗环境愈加剧烈95 .光电成像末制导智能化关键技术与能力分析105. 1.分布式/异构自主协同探测能力106. 2.多维度信

2、息智能融合处理能力107. 3.战场环境感知与态势理解能力118. 4.探测制导一体化与自主决策能力119. 5.自学习自进化自推理能力1110. 6.协同识别与协同抗干扰能力116 .成像末制导的智能化划分为三个阶段116. 1.功能级智能技术127. 2.系统级单体智能技术128. 3.体系级群体智能技术127 .结论12导读随着人工智能技术的发展与进步，近年来，各军事强国正积极将人工智能技术运用到精确制导武器中，并取得了一定的技术突破。在实现精确制导武器智能化的过程中，复杂战场环境自主感知、自动目标截获(ATA)、自动目标识别(ATR)以及自适应导引等成像末制导技术性能的大幅提升依赖于人

3、工智能技术的深度融合应用。进行成像末制导智能化技术与未来发展方向研究，对于紧跟制导模式发展趋势，实现武器作战性能的革命性提升具有重要参考义。近日，西北工业大学李少毅老师团队在红外与激光工程网络首发“光电成像末制导智能化技术研究与展望”论文。1 .智能光电技术应用智能光电技术是一种新兴的技术，它将光电技术与智能技术相结合，具有自动检测、自动控制、自动调节等特点。它的应用范围非常广泛，可以用于智能家居、智能交通、智能安防、智能医疗等领域。智能光电技术在智能家居领域的应用，可以实现家庭自动化，让家庭更加智能化。比如，可以通过智能光电技术实现家庭照明的自动控制，可以根据室内光照强度自动调节灯光亮度，从

4、而节省能源；可以实现家庭温控系统的自动调节，根据室内温度自动调节空调温度，从而节省能源；可以实现家庭安防系统的自动检测，根据室内环境变化自动检测，从而保证家庭安全。智能光电技术在智能交通领域的应用，可以实现自动驾驶，让交通更加安全高效。比如，可以通过智能光电技术实现车辆自动跟踪，可以根据车辆前方的路况自动调节车速，从而提高行车安全；可以实现车辆自动避障，根据车辆前方的隙碍物自动调整行驶路线，从而提高行车安全；可以实现车辆自动停车，根据车辆前方的停车位自动调整行驶路线，从而提高行车效率。智能光电技术在智能安防领域的应用，可以实现安全防范，让安防更加可靠。比如，可以通过智能光电技术实现安防监控，可

5、以根据室内环境变化自动检测，从而及时发现安全隐患；可以实现安防报警，根据室内环境变化自动发出报警信号，从而及时发现安全隐患；可以实现安防锁定，根据室内环境变化自动锁定安全区域，从而及时防止安全事件的发生。智能光电技术在智能医疗领域的应用，可以实现医疗智能化，让医疗更加精准有效。比如，可以通过智能光电技术实现医疗检测，可以根据患者的体征自动检测，从而更加准确地诊断疾病；可以实现医疗治疗，根据患者的体征自动调节治疗方案，从而更加有效地治疗疾病；可以实现医疗监护，根据患者的体征自动监护，从而更加及时地发现疾病变化。智能光电技术的应用范围非常广泛，它可以为智能家居、智能交通、智能安防.、智能医疗等领域

6、提供技术支持，让生活更加智能化、安全高效。2 .光电成像末制导发展现状2.1. 对海成像末制导发展现状国外典型对海作战武器主要包括空射、岸射、舰射等不同发射形式的反舰导弹，如“飞鱼”、“捕鲸叉”、“花岗岩”等，大多采用雷达末制导，部分采用成像末制导作为辅助末制导方式。随着舰船隐身技术以及有源干扰、无源干扰等“软”杀伤技术的发展，使得对海精确制导武器面临着日益复杂的电磁环境，驱使新一代武器末制导方式由单一探测体制转向包含光电成像探测的多模复合末制导方式。反舰导弹等对海作战武器在成像末制导阶段面临复杂的海背景环境与强电磁对抗环境，其作战目标类型主要为舰船等慢速运动目标。一般地，其成像末制导采用人在

7、回路与智能信息处理融合的方式实现捕获、跟踪，智能信息处理可根据攻击任务和目标特性大致划分为三个阶段：远距目标截获阶段，主要面临海杂波、海亮带、鱼鳞光、海天线、海地线等复杂背景带来的目标检测问题；中近距目标跟踪阶段，主要面临海亮带、鱼鳞光、舰船倒影及尾浪、民用船舶、岸岛背景、烟幕对抗等带来的疑似目标与多目标识别、目标遮挡、跟踪点漂移等抗遮挡、抗干扰跟踪问题；近距目标关键部位识别打击阶段，主要面临目标相对尺度变化、烟幕对抗、目标充满探测器视场等带来的局部关键部位识别、跟踪点选择等精确稳定跟踪问题。同时，伴随着人工智能的发展，新一代的对海精确制导武器，如1RASM反舰导弹、NSM反舰导弹等更多的采用

8、智能化的多模导引头，通过采用自动目标识别(ATR)、自主导航规划等技术，提升了反舰导弹的突防能力与作战效能，使其具备了智能化的雏形。值得一提的是2011年以色列的“拉斐尔先进防御系统”有限公司推出的第五代远程、自主、精确制导武器系统“海上破坏者”反舰导弹，支持对静止和运动目标的自动捕获(ATA)和识别(ATR),使用经过训练的人工智能(AI)和机器学习(M1)处理搜索者获得的大数据资源，能够对各种高价值的海上和陆地目标，提供显著的攻击性能。图1(a)1RASM反舰导弹；(b)SM反舰导弹；(c)海上破坏者导弹武器系统2. 图2舰船目标不同阶段红外成像3. 2.对地成像末制导发展现状国外典型对地

9、攻击武器主要包括空射、舰射、陆基等不同发射形式的空地导弹、巡航导弹、反坦克导弹等，如“小牛”空地导弹、“战斧”巡航导弹以及“标枪”反坦克导弹等，多采用电视、红外等成像制导作为末制导方式。同时，也发展了多型电视/红外、红外/雷达等多模复合末制导技术的对地武器。空地导弹等对地打击武器在成像末制导阶段面临复杂地面背景环境与强电磁对抗环境，其作战目标类型包括装甲车等快速运动目标、阵地等固定工事。一般地，与反舰导弹类似，其成像末制导采用人在回路与智能信息处理融合的方式实现捕获、跟踪，智能信息处理可根据攻击任务和目标特性大致划分为三个阶段：远距目标截获阶段，主要面临森林、沙漠、草地、城市、乡村、天地线等复

10、杂地物背景带来的目标检测问题；中近距目标跟踪阶段，主要面临树林、建筑物、烟尘、民用车辆、伪装、烟幕与诱饵对抗等带来的疑似目标与多目标识别、目标遮挡、跟踪点漂移等抗遮挡、抗干扰跟踪问题；近距目标关键部位识别打击阶段，主要面临目标相对尺度变化、烟幕对抗、目标充满探测器视场等带来的局部关键部位识别、跟踪点选择等精确稳定跟踪问题。(a)(b)(c)4. 图3(a)小牛空地导弹；(b)MMP反坦克导弹；(C)JDAM红外制导炸弹5. 3.对空成像末制导发展现状国外典型对空目标作战武器主要包括空空、舰空、地空等不同发射形式的空空导弹、防空导弹等，比如“AIM-9X”空空导弹、“标准”系列防空导弹等，中近距

11、格斗弹多采用红外成像制导作为末制导方式，中远程空空、防空导弹多采用雷达制导方式。同时，为有效应对空中目标的威胁，各军事强国积极发展了红外双/多波段、红外/雷达等末制导体制的新型空空、防空导弹等精确制导武器。空空导弹等对空目标作战武器在成像末制导阶段面临复杂的背景环境与强电磁对抗环境，其作战目标类型包括战斗机、轰炸机、导弹等高速、超高速运动目标。一般地，其成像末制导采用智能信息处理方式实现自主捕获、自动识别与跟踪，智能信息处理可根据攻击任务和目标特性大致划分为三个阶段：远距目标截获阶段，主要面临亮云、海亮带、鱼鳞光、海天线、沙漠、天地线等上视或下视复杂背景带来的目标检测问题；中近距目标跟踪阶段，

12、主要面临亮云、海亮带、鱼鳞光、红外点源/面源诱饵对抗等带来的多疑似目标识别、干扰严重遮挡、跟踪点漂移等抗遮挡、抗干扰跟踪问题；近距目标关键部位识别打击阶段，主要面临目标相对尺度急剧变化、诱饵对抗、目标充满探测器视场等带来的局部关键部位识别、跟踪点选择等精确稳定跟踪问题。空中目标与地面以及海面等目标打击任务相比，天空背景与地面、海面等背景相比较为简单，但作战目标具有更高的速度与机动性，对成像末制导系统提出更高的实时性要求。图5AIM-9X空空导弹；（b）Python-5空空导弹；（c）标准-3反导拦截弹图6空中目标不同阶段红外成像综上，国外各军事强国为应对不断出现的高性能目标、日益复杂的对抗环境

13、，为确保精确制导武器的命中精度和作战效能，对于成像末制导的发展方向主要包括以下几个方面：1）不断提高单模成像制导的战场环境适应性与抗干扰能力。通过不断提升电视CCD、红外焦平面阵列等成像元件的空间分辨率、灵敏度等性能，为成像末制导系统提供更多的目标信息，使得精确制导武器可以更为有效的应对复杂背景及强干扰环境。2）发展多模复合制导方式，获取更多维度的信息：5.1） 一方面，发展双色/多模复合成像制导，在弥补单模成像制导不足的同时，发挥不同成像元件在不同波段和光谱，对不同背景、目标和干扰的选择性探测和抑制的优势，在能量信息、空间信息的基础上引入光谱信息，提升识别探测能力；5.2） 另一方面，发展成

14、像/雷达复合制导，充分发挥成像制导与雷达制导的优点，弥合二者的缺陷，提升精确制导武器的全气候全天时适应能力以及复杂战场抗干扰性能。3）积极将人工智能技术引入成像末制导，提升巨量战场信息的处理与应对能力。随着人工智能的发展，将目标检测、航迹规划等深度学习算法应用到成像末制导中，充分利用海量的战场信息，发挥自主学习与自主推理能力，打破现有的人工设计准则与已知规律的统计处理模式，使得精确制导武器的作战效能获得大幅提升。3.光电成像末制导智能化技术研究现状近年来，随着人工智能技术的发展与应用，已经在很大程度上改变了原有的运作模式，甚至带来了颠覆性效应。以美国为首的各军事强国在新一代武器装备中积极引入人

15、工智能技术，并且随着基于人工智能的成像末制导技术研究成果的涌现，使得精确制导武器智能化程度越来越高。3.1.美国成像末制导技术智能化发展现状美国新一代反舰导弹AGM-158C(1RASM),末端制导采用多模复合制导(红外成像+被动雷达1RASM突破了多传感器信息探测与融合、弹载高性能信息处理、自动目标识别等技术，具有多融合制导、自主航线规划与危险规避、末端自主目标筛选与识别和关键部位打击等智能化特征。凭借自身的多维信息探测、融合以及处理技术，使得1RASM一方面可以进行远距离舰船目标的自主识别与捕获，并能够通过人工智能技术在众多舰艇中剔除虚假目标；另一方面，使其能够在无任何中继制导信息的支持下，进行完全自主导航和攻击。面对电子对抗日益激烈的战场环境，1RASM利用被动雷达进行电子频谱的检测定位，能够在岛岸背景下确定威胁位置与区域，并根据威胁程度和目标编队状态，自主进行航迹规划，实现高效突防；在距离目标较近时，依靠宽视场、全天候的凝视红外成像导引头，通过实时红外图片与预存基准图片进行相关匹配，识别出目标的关键部位进行打击。美国雷声公司研制的SDB-H小直径炸弹(GBU53),采用了世界上首款三模导引头，具备恶劣自然环境下全天时、全天候攻击地面目标的能力。SDB-H的三模导引头包括半主动激光传感器、非制冷红外成像传感器和毫米波雷达。该三模导引头结合了激光制导的高命中精度、红外成