国外的红外导引头技术目前已历经三代,1960年开始出现的第一代红外导引头,采用红外点源制导技术,该技术本质上是能量检测过程,先将信号滤波调制从而抑制背景噪声,之后从时间、空间、频谱等特征方面提取出目标信号。1970年美国开始研制第二代红外导引头即扫描式红外导引头,第二代红外导引头作为一种成像导引头,利用扫描装置进行扫描得到红外图像,进一步从得到的图像中提取出目标信息。20年之后即在1990年开始出现第三代红外导引头即面阵式红外导引头,不使用任何扫描装置,而是依托面阵式红外传感器直接形成红外图像进而提取出目标信号。
在利用电子稳像消除抖动方面,电子稳像本身这一概念是在1980年由美国人提出[1],最先应用于美国的Itek公司开发的电子稳像系统,该系统是在光电阴极上成像,在变像管中固定上两个相互垂直的电磁线圈,将它们产生的电场力加到电子束上,以此来修正因仪器移动而产生的图像偏移,稳定图像序列[2]。82753
目前电子稳像技术可以划分为2D电子稳像和3D电子稳像。2D电子稳像技术主要通过计算相邻帧之间的仿射变换,再利用低通滤波来减轻摄像机的高频震颤[3,4];在该稳像技术领域,美国威斯康星大学的Gleicher and Liu 对相机轨迹做了进一步分段,对每段分别进行拟合以便更好地得到相机轨迹[5];乔治理工大学的博士生Grundmann利用摄影技术原理,模仿电影胶片将相机运动轨迹进行分段,将线性常量和抛物线片段的结合得到最优相机运动[6];卡内基梅隆大学Ko S等人创造了一种快速电子稳像算法,依据灰度编码的位平面分解,通过灰度编码来降低误匹配的发生,同时并不增加计算总量[7];IBM公司的Ratakonda利用灰度投影提出了相应的稳像算法[8];此外,萨卡里亚大学的Erturk和Dennis从相位相关法的角度创造了相应的稳像技术[9],可以通过Fourier平移理论来得到平移运动矢量。但上述这些方法在处理有明显深度变化的场景时就会失效,遇到无明显特征的物体帧间匹配也会变得困难。论文网
对此,一些研究人员开始将精力投向3D稳像技术。文献[10]实现3D视频稳定是通过用未标定的相机进行场景投影重建;文献[11]介绍了一个详细的3D稳像算法,即先平滑3D相机轨迹,再用重建三维点投影来控制原始帧定义区的形变,进而得到稳定的视频;文献[12]则是直接加入深度传感器来稳定视频,该方法在室内场景中取得了良好的效果。
然而3D稳像技术却无法很好处理快速旋转、物体高速运动的图像,甚至对室外拍摄的视频处理也不尽如人意。不仅如此,3D稳像技术往往还需要特殊的硬件支持[12]。这些都极大的限制了3D稳像技术在工程上的应用。因此深入研究有效的稳像技术,尤其是对于焦距长、景深变化不明显、拍摄时间长的弹载摄像系统来说,就显得更在重要了。
在通过对制导律补偿来消除抖动方面,挪威自动控制协会的Jung和Jeon等人分别提出了分阶段调整制导律的思想及针对攻击时间进行控制的算法[13];加拿大魁北克大学的Ryoo C K设计了具有末端弹体碰撞角约束的制导律[14];日本高松大学的Daeku S使用基于李雅普诺夫函数的最优化控制理论设计了末端制导律[15]。
2 国内研究现状
近几年,国内相关研究人员对导引头模型的建立、目标闪烁对脱靶量的影响进行了分析。中科院长春光机所的贾宏光等人根据快速仿真技术,设计了导引头大闭环半物理飞行仿真系统,开拓性地使用simulink建立了飞行器仿真模型,仿真数据与实际飞行数据非常吻合[16]。文献[17]中对制导回路的无量纲化进行了讨论,得到了无量纲化的比例导引制导回路模型,大大减少了相关变量数目,便利了后续仿真。北京理工大学的林德福,沈浩,祁载康等人便在此基础上进行了仿真,得出了闪烁作用下制导武器弹道受影响程度与弹体目标相对运动速度无关,与噪声功率和系统响应速度的均方根成正比的结论[18]。