基于动态图像分析的巡航导弹跟踪软件与算法研究

【摘要】： 随着20世纪90年代后巡航导弹在几次局部战争中的大量使用，巡航导弹技术和巡航导弹防御技术引起了世界各国政府、军事专家和广大民众的普遍关注。巡航导弹既能起到战略作用，又能起到战术作用，因而成为当今世界各国武器研制的热点和焦点。巡航导弹制造技术相对成熟、普及，随着导弹技术的发展，导弹的生存能力、突防能力以及杀伤能力不断增强，世界上大多数国家都拥有一批数量可观的导弹。特别是战术弹道导弹，在冷战结束的今天，已成为所谓“穷国的原子弹”，得到了快速的发展。 巡航导弹具有用途广、精度高、威力大、体积小、突防能力强、反应速度快、效费比高等特点，正是由于巡航导弹兼有弹道导弹和飞机的诸多优长，所以它便成了现代战争的“杀手锏”，成为对敌方构成重大威胁的重要武器。它的出现使得传统的仅仅依靠普通雷达探测目标和引导武器射击目标的防空系统处于极端被动和难以招架的局面。要在未来打赢这类现代战争，并贯彻积极防御的战略方针，必须采取有效措施，建立适应于国家生产力基础、科技发展水平和经济实力的反巡航导弹综合防御系统，彻底粉碎敌方以精确制导巡航导弹为核心的空中打击，才有可能逐步掌握战争主动权，夺取战争的最后胜利。因此研究如何能够有效对抗巡航导弹威胁，成为未来高技术局部战争的一项极端重要而又非常紧迫的任务。 在目前情况下，卫星图像、红外图像以及雷达成像在探测、跟踪、识别、打击巡航导弹目标方面具有相当大的优势，借助于卫星图像可以在远距离发现目标，能够为防御系统提供比较充足的响应时间；借助于红外图像可以有效对付隐身巡航导弹和反辐射巡航导弹；雷达是在巡航导弹防御系统中使用最多的设备，空基雷达能够探测离防区比较远的巡航导弹，陆基雷达和海基雷达能够跟踪巡航导弹，并可协助武器系统瞄准来袭巡航导弹，尤其是雷达阵在巡航导弹防御中更是可以发挥重要作用。由于大量图像设备在巡航导弹防御系统中的使用，使得对这些设备采集到的图像信息进行准确、快速处理，及时为决策系统提供准确的来袭巡航导弹的飞行数据，就成为提高整个防御系统性能的关键。本文在系统分析巡航导弹技术发展趋势的基础上，针对巡航导弹的特点，主要研究了巡航导弹的防御技术，重点研究了基于动态图像分析的巡航导弹跟踪软件设计和算法实现，为研制区域级巡航导弹防御系统提供理论依据和技术支持。 1．首先分析了当今世界范围内主流巡航导弹的技术参数和巡航导弹技术未来的发展趋势，使得开发的跟踪软件能够适应当今巡航导弹防御的要求和未来对巡航导弹跟踪的需要，使研究的巡航导弹跟踪软件具有先进性和实用性。 2．分析了用于巡航导弹跟踪的几种成像系统的组成及特点，并对其各自的技术进行了必要的分析，从而有利于对每一成像系统获取的图像进行处理和分析，更好地从不同成像设备获 摘要 取的图像中提取出用于目标跟踪的有用信息。 3.为了实现积极防御的战略目的，在提出组网侦察与跟踪和多层拦截策略的基础上，给 出了一个适应当前要求的区域巡航导弹防御体系设计方案，对其硬件系统的功能进行了描述。在 该系统中，跟踪软件系统处理的图像数据，主要来自预警系统的各种类型的传感器，数据的安全 传输由通信系统来保障，数据的处理由大型计算机系统或计算机网络系统来完成，巡航导弹的摧 毁和拦截由综合电子战系统或者由空一空导弹、地一空导弹或地面高炮阵来完成。 4.分析了对原始图像的预处理方法，给出了对图像序列中噪声进行滤除的几种算法，并 对各种算法的优劣进行了分析，目的是尽量减少干扰信号对巡航导弹真实信号的干扰，以便能尽 可能多地提取出目标巡航导弹的特征，提高跟踪和识别的准确性。 5.给出了对遥感图像进行校正、增强和数据融合的算法，尽量使防御系统跟踪软件处理 的图像能够真实反映巡航导弹的飞行状态和体现目标的更多、更准确的识别参数。 6.基于上述理论，设计并实现了基于目标灰度质心的巡航导弹图像跟踪软件系统，该系 统能给出目标的运动轨迹和瞬时速度。 本论文的研究在巡航导弹的防御手段中属于实时指挥与控制部分，指挥与控制是对巡航导弹 跟踪与拦截的中心环节，本论文的研究对提高指挥的可靠性，提供尽可能长的系统反应时间具有 非常重要的意义。