靶弹弹载红外干扰技术研究与应用

干扰条件下的红外目标检测方法研究作者：黄成王红梅来源：《航空兵器》2017年第05期摘要：为了实现红外诱饵弹干扰下的红外目标检测，提出了一种基于相对位置的综合决策算法。

该算法首先使用多尺度形态学去除背景和诱饵的高亮度影响，在此基础上分别进行基于特征块的阈值分割以及边缘检测，根据目标和诱饵的物理、运动特征的差别分别检测出候选目标区域，并对该区域进行基于相对位置的综合决策，判定出真实目标的位置。

结果表明，使用基于相对位置的综合决策得到的结果远优于单独使用这两种方法得到的检测结果。

关键词：红外目标检测；多尺度形态学；特征块；边缘检测；综合决策中图分类号： TJ760； TP391.4文献标识码： A文章编号： 1673-5048（2017）05-0031-060引言随着红外诱饵弹的普及和发展，出现了各式各样新型的大载荷、大面积、宽光谱的红外诱饵弹[1]，因此空中对抗的抗干扰能力显得愈发重要，如何在各种复杂背景以及干扰条件下检测出目标就成了当下研究的重点和难点。

文献[2]使用快速直方图聚类后进行双映像后映射，将目标和干扰映射到不同的通道，实现了干扰条件下目标的识别和跟踪。

文献[3]利用目标和干扰在不同波段下的信息差别，实现了基于双波段信息融合的红外诱饵识别。

文献[4]使用边缘检测的方法，根据目标和诱饵的几何特征，实现了红外面目标的识别。

文献[5]基于多光谱与显著性，根据离差平方和准则将目标和干扰分类，从而检测出目标。

文献[6]基于谱尺度空间使用非负矩阵分解、 Gabor小波以及信息熵实现了复杂条件下红外目标的检测。

此外，还存在其他更加复杂的算法，如小波自适应滤波[7]、模拟退火算法[8]等在复杂条件下识别出红外目标。

1相对位置的综合决策方法针对现有目标和干扰检测算法复杂及准确性不高的问题，本文提出了一种基于相对位置的综合决策方法，对基于特征块的阈值分割和边缘检测的结果进行特征提取后综合决策，实现了干扰条件下目标的检测，图1为该算法流程。

热释电红外传感器在新型弹药引信中的应用1. 引言- 热释电红外传感器的概述和基本原理- 引言引入热释电红外传感器在新型弹药引信中的应用2. 热释电红外传感器在弹药引信中的应用- 热释电红外传感器在弹药引信中的意义和优点- 热释电红外传感器在弹药引信中的工作原理- 热释电红外传感器在弹药引信中的应用案例与实验结果3. 热释电红外传感器在弹药引信中存在的问题- 靶区温差扰动的影响- 温度变化的扰动分析- 误报/漏报率分析与解决方案4. 解决方案- 前置滤波技术- 功率谱分析法- 信号融合技术5. 热释电红外传感器在新型弹药引信中的前景和展望- 引信的发展历程和现状- 热释电红外传感器在应对新型威胁中的潜在应用- 热释电红外传感器在未来弹药引信领域中的前景和展望6. 结论- 总结热释电红外传感器在弹药引信中的应用和存在的问题- 展望热释电红外传感器在新型弹药引信中的应用前景和发展空间随着科技的不断发展，热释电红外传感器作为一种高性能、高灵敏度的传感器，已经在许多领域得到广泛应用。

其原理是利用热释电作用，将红外辐射转化为电信号，具有较高的响应速度和灵敏度。

热释电红外传感器可以测量目标物体的红外辐射，具有独特的优点，如可探测范围广、响应速度快、灵敏度高、运行稳定等，因此被广泛应用于热成像、火控系统、智能家居等领域。

在弹药引信领域中，热释电红外传感器的应用也越来越广泛，主要用于检测弹药表面热源的变化，以控制弹药的爆炸时机，从而保证弹药的精准打击。

与传统的弹药引信相比，热释电红外传感器作为一种新型的引信，具有以下优点：首先，热释电红外传感器不受光线等自然因素的影响，不受颜色、形状、大小等物理量的限制，能够检测目标物体的热源变化，保证弹药的精准打击。

其次，热释电红外传感器响应速度快，可在微秒级别内响应目标变化，对于快速移动的目标具有很好的探测效果，从而大大提高弹药的碰撞精度。

最后，热释电红外传感器具有高灵敏度和低功耗的特点，能够工作在广泛的温度范围内，同时采用数字信号处理技术可以有效抑制杂散干扰信号，保证弹药引信的稳定工作。

目标 跟 踪 的 时 间 很 长 ， 且 在 点 目标 跟 踪 阶 段 导 而
其中， ∞为干 扰 弹重 量 ， 为 阻 力 系数 ， Ｃ Ａ 为 与 阻力 系数有 关 的参 考面 积 ， 一般 取 弹 丸最 大 横截
面积 ， 由下 式定义 ： ∞
∞ 一 ∞ｏ一 ￡
引 头获取 的 图像 信 息很 有 限 ， 因而 ， 时 导 弹 的 此
间 ， 为干扰 弹燃 烧时 间 ， ｔ ∞ 为干扰 弹装药重量 。
２ ２ 干 扰弹 在水 平 、 ． 垂直 方 向上 分量 运动方 程
ｄｃ ｖ
： 一
出
Ｃａ ｐ ｇｖ２ Ａ ， × ｏ ａ 。 ２ ∞ 一
一
一 ｇ
２ 干 扰 弹 运 动 特 性
２ １ 干 扰 弹 一 般 运 动 方 程 ．
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｈｅ Ｍ ｏ ｅ ｅ ｔ Ｃｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｆ ｓａ ｃ ｎ ｔ ｖ ｍ ｎ ａ ａ ｔ ｒｓｉ ｓｏ Ａｎ Ｉ ｒ ｒ ｄ Ｃｏ ｎ ｅ ｍ ｅ ｓ ｒ ｍ ｂ ｎｆ ａ ｅ ｕ ｔ ｒ ａ ｕ ｅ Ｂｏ
ＬＩ Ｊａ ｃ ｎ Ｕ — ｏ ｇ ．ＬＩ Ｚ ａ － ｈ ｎ ， ｉ Ｕ ｈ ｎ ｃ ｅ Ｚ ＨＡＮＧ ｎ － ｉ ＬＩ Ｅｎ ｘ ａ ｇ Ｈｅ ｇ ｘ ， Ｕ — ｉ ｎ 。
ａ ｎ ｒ ｒ ｄ ｃ ｎ ｉ ｆ ａ ｅ ｏｕｎ ｅ ｍ ｅ ｓ ｒ ｏｍ ｂ． ｔｒ ａ ｕ ｅｂ Ｋｅ ｒ ｓ： ｙ ｗｏ ｄ ＣＣＭ ； ｉ ｒ ｅ ｏｕｎ ｅ ｍ ｅ ｓ ｒ ｍ ｂ；ｍ ｏｖ ｍ ｅ ｈ ｒ ｃｅｒｓ ｎｆａｒ ｄ ｃ ｔ ｒ ａ ｕ ｅ ｂｏ ｅ ｎｔｃ ａ ａ ｔ ｉｔｃｓ
（ Ｅｎｇｉ ｅｒｎｇ Ｉ ｔｔ ｔ ， ｉ １ ｎｅ ｉ ｎｓｉｕ ｅ Ａ ｒＦｏｒ ｅ Ｅｎｇｉｅ ｒｎｇ Ｕ ｎｉ ｅ ｓｔ ｃ ｎｅｉ ｖ ｒ ｉｙ， Ｘｉ ａ ０ ’ ｎ ７１ ０３８， Ｃｈｉ ｎａ；

收稿日期:2007207208作者简介:洪　鸣(19722),男,博士1强光弹对抗红外成像制导导弹的干扰机理洪　鸣1,刘上乾2,王大鹏3,高国旺2(1.北京122信箱,北京　100034; 2.西安电子科技大学技术物理学院,陕西西安　710071; 3.东北电子技术研究所,辽宁锦州　121000)摘要:阐述了红外制导导弹在现代战争中的作用和威胁,针对红外成像制导导弹制导信息链路易受攻击的弱点,提出了一种采用非相干光强光弹攻击其信息链路中的跟踪算法模块,误导或抑制其正常工作,以及从光路上切断其信息链路等多种途径对抗红外成像制导导弹的干扰方案.由于该强光弹辐射波段宽、作用视场大,因此,这种干扰技术具有适应性强、性价比高和使用方便等诸多优点.关键词:强光弹;非相干光;干扰机理;红外对抗;红外成像制导导弹中图分类号:TN976 文献标识码:A 文章编号:100122400(2007)0620986203The jamming mechanism for intense light bomb antagonizinginfrared imaging guided 2missilesHon g M i ng 1,L I U S hang 2qi an 2,W A N G D a 2pen g 3,GA O Guo 2w ang 2(1.Mail Box No.122in Beijing ,Beijing 100034,China ; 2.School of Technical Physics ,XidianUniv.,Xi ′an 710071,China ; 3.Northeast Inst.of Electronic Technology ,Jinzhou 121000,China )Abstract :　The effect and threat of inf rared guided 2missiles in modern wars are expounded.Aiming atthe weakness of an inf rared imaging guided 2missile with a vulnerable information link ,a jamming schemeagainst inf rared imaging guided 2missiles is proposed in which the tracking algorithm module in itsinformation link is attacked by using an incoherent intense light bomb ,its normal work is misadvised orrestrained ,the information link f rom the optical circuit is cut and so on.In virtue of the intense lightbomb with a wide radiation wave band and a large action field of view ,the jamming method has a fewadvantages of strong adaptability ,high ratio of capability to price ,easy operation and so on.K ey Words :　intense light bomb ;incoherent light ;jamming mechanism ;infrared countermeasure ;inf raredimaging guided 2missiles随着红外技术的高速发展,红外制导导弹在现代战争中发挥着日趋重要的作用.据统计,目前各国海陆空军装备中的各种导弹,有60%以上属红外导弹,在前些年(1977～1987)的多次局部战争中,所有被击落的飞机中竟有95%以上的飞机是被红外制导导弹打下的.在海湾和伊拉克战争中,红外导弹更是大显神威,起到了看得清、打得准的重要作用.然而,历次战例证明,巧妙而实时地实施红外干扰,可使红外制导武器迷盲、失控或战斗力大为下降,同时又可确保己方的光电武器装备充分发挥效能.例如1982年6月,以色列对叙利亚成功地使用了无源干扰和有源干扰等手段,使叙利亚的防务系统顿时失效,以军仅用6分钟就摧毁了设在贝卡地区的19个苏式SA 26导弹营地.可见,红外干扰已成为影响现代战争胜负的重要手段,因而它对攻防双方都是十分必要而迫切的[1].1　红外制导原理及弱点红外制导导弹可归纳为点源制导和成像制导两大类[2,3].成像制导导弹是20世纪70年代问世并发展起2007年12月第34卷　第6期　西安电子科技大学学报(自然科学版)J OU R NAL O F XI D IAN U N IV E R S I T Y Dec.2007Vol.34　No.6来的,它具有识别跟踪、瞄准点选择和自动决策等智能化制导功能,其典型代表是美军大量装备的“小牛”空对地导弹.图1　红外成像导引头功能框图红外成像制导导弹导引头的基本原理结构[4～6]如图1所示.它主要由红外摄像、图像预处理、跟踪算法和伺服驱动四大功能模块组成.其中,红外摄像头通过光学系统和红外探测器完成对视场中红外目标与背景场景的实时摄像.图像预处理模块对输入图像实施增强、目标检测和特征提取等处理.跟踪算法模块依据输入的目标图像特征完成相应的跟踪运算,并输出跟踪角度误差信号Δα,Δβ,伺服机构将Δα,Δβ转换为相应的机械力,驱动红外摄像头的光轴指向目标,如此循环,实现对目标的锁定跟踪制导,可见,红外制导过程是一个目标信息获取与信息处理及其反馈控制的闭环链路运作过程,其制导性能的优劣完全取决于闭环链路的运作性能.这意味着高性能的红外成像制导导弹仍存在着致命的弱点,即若使其链路中任何一个功能模块的性能失常,均会导致其制导性能的下降以致功能丧失[7,8].2　强光弹对抗红外成像制导的干扰机理强光弹是一种高辐射强度的燃烧弹,在有效燃烧时间(3～5s )内,其辐射强度可达百万瓦/弧度以上,辐射光谱随燃烧物的成分而变化.调整弹药配方,可使其辐射光谱覆盖中长波段.其特点是作用视场大、投放时无须精确引导,是一种适应性很强的高性能价格比的非相干光干扰源.现仅从强光弹干扰红外导引头中“跟踪算法”功能模块正常工作状态的物理过程阐述其干扰机理.“跟踪算法”模块中,包括置信度计算、波门计算、跟踪定位、预测滤波等多种算法,其中最基本、最主要的是跟踪定位算法,它直接影响到制导效果.211　强光弹对点源制导的干扰当导弹离目标较远时,目标的图像很小,只占几个至几十个像元,此时属点源跟踪制导方式,采用质心定位算法.所谓质心是指若导弹跟踪视场内存在两个或多个红外辐射源时,红外导弹不是跟踪其中一个辐射源,而是跟踪两个或多个辐射源的能量中心.设红外成像制导的导弹视场内(包括目标在内)出现了n 个辐射源,其功率为P i (i =1,2,3,…,n ),取视场中心为原点的坐标系xoy ,n 个辐射源的位置分布分别用(x i ,y i )表示,i =1,2,3,…,n.于是n 个热源的质心坐标[9]为x c =∑n i =1x i P i ∑ni =1P i ,　y c =∑n i =1y i P i ∑n i =1P i .(1)设在n 个辐射源中,i =t 为目标,则质心与目标之间的距离为L ct =(x c -x t )2+(y c -y t )21/2　.(2)假设导弹与目标之间的距离为S ,导引头的半视场角为ω,当目标运动至L ct /S ≥2ω时,目标将脱离导引头视场,则干扰成功.若导引头视场内只有一个强光弹与目标共存,其辐射功率分别用P d 和P t 表示.于是,由式(1)和(2)可得视场内两辐射源的质心离开目标的距离:L 2ct =P d x d +P t x t -x t (P t +P d )P t +P d2+P d y d +P t y t -y t (P t +P d )P t +P d 2=P 2d (x d -x t )2+(y d -y t )22(P t +P d )2　,(3)所以 L ct =P d P t +P d L 2dt ,(4)其中L ct 表示强光弹与目标之间的距离.从式(4)可见,当P d µP t 时,质心靠近强光弹而远离目标,则干扰有效.789第6期 洪　鸣等:强光弹对抗红外成像制导导弹的干扰机理889 西安电子科技大学学报(自然科学版) 第34卷212　强光弹对面源制导的干扰当导弹与目标距离缩短时,目标图像增大,系统进入面源跟踪状态,并采用自适应波门跟踪方式.当导弹进入末制导阶段,因目标图像很大,一般采用相关跟踪方式,其波门也是自适应的,为减少计算工作量和噪声的影响仍采用自适应波门跟踪.因此,在成像制导阶段,主要应对制导波门实施干扰.用强光弹干扰成像制导波门的技术途径与机理:(1)扩大波门.控制强光弹的发射角度和辐射区间,使其视在面积大于目标面积,而且与目标图像部分融合,从而可使导弹的跟踪波门扩大,并使其质心坐标与目标质心坐标之间造成较大偏离而无法进入正常跟踪状态.(2)增大干扰时间.通过采用相继投放多枚强光弹的方法,使其大面积辐射区维持足够长的时间,如十几秒钟,使跟踪算法模块难以从预测状态返回到跟踪状态,从而达到有效的干扰.(3)模拟欺骗.也可使强光弹的热图像与目标的相似,并通过控制投放方式使强光弹的初始运动状态与目标的相近,此时跟踪系统将产生一个大波门.设(x,y1)和(x2,y2)分别为目标和强光弹的坐标值,则其大1波门的中心坐标(x,y T)为Tx T=(x1+x2)/2　.(5)y T=(y1+y2)/2 由于强光弹的后续运动状态与目标的运动状态相差甚大,致使中心坐标点(x,y T)自行超出导弹波门T容限而偏离目标,目标位置信息中断,使目标脱离被跟踪的状态而达到干扰效果.(4)强光致眩.若载机投放出高辐射功率的强光弹,使成像制导系统的光电探测器进入饱和状态,而使“跟踪算法”在一段时间内无信息来源,只要此段时间超过制导系统预测跟踪的有效时间,则干扰成功.3　结束语强光弹的突出优点是可对来袭目标实施高强度、大面积、宽光谱、高性能的全程干扰,而且无须精确引导,使用十分方便.初步研究表明,只要针对红外成像制导导弹的薄弱环节,选择合适的投放方案,可望对高性能的红外成像制导导弹实现有效的干扰,获得高效费比的作战效果.参考文献:[1]Rockwell D L.New Directions for Inf rared Countermeasures[J].Aerospace America,2006,44(4):22225.[2]王瑞凤,吴伟东,张彦朴.抗红外制导导弹方法综述[J].激光与红外,2006,36(12):110321105.[3]刘永昌,朱虹.红外成像制导对抗技术分析[J].红外技术,2000,22(1):13216.[4]Petersson M.Real2time DIRCM System Modelling[C]//Proceedings of SPIE:5615.London:SPIE,2004:1492160.[5]刘上乾,向健勇,杨宜禾,等.图像制导系统算法设计[J].西安电子科技大学学报,1997,24(2):86291.[6]Schleijpen H M A,Carpenter S R,Mellier B,et al.Imaging Seeker Surrogate for IRCM Evaluation[C]//Proceedings ofSPIE:6397.Stockhdm:SPIE,2006:63970.[7]董军章,王玉金,金伟其.光电对抗装备效能评估体系研究[J].红外与激光工程,2006,35(增A):2022206.[8]De Jong A N,Schwering P B W.IR Panoramic Alerting Sensor Concepts and Applications[C]//Proceedings of SPIE:5074.Orlando:SPIE,2003:6582668.[9]刘京郊.光电对抗技术与系统[M].北京:中国科学技术出版社,2004.(编辑:高西全) 。