电视末制导炮弹武器系统关键技术研究

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电视末制导炮弹武器系统是一种全新概念的精确制导武器系统。它是采用152mm加榴炮作为发射平台,通过弹载电视导引头获取目标区图像,在地面站实时选择、自动锁定打击目标的精确制导武器系统。该武器系统由电视末制导炮弹和地面控制站二部分组成。其中,电视末制导炮弹主要由鼻锥、电视导引头、控制舱、战斗部、尾舱及舵翼等组成,是武器系统前端信息获取和执行打击任务的主体;地面控制站主要由收发天线、收发信机、处理计算机、控制面板及显示器组成,完成对电视导引头获取的目标区图像进行处理和对电视末制导炮弹的姿态进行遥控,保证其精确命中目标。  在炮弹上尤其是在线膛炮发射的旋转炮弹上实现电视末制导在国内外尚无先例,其主要面临三大技术难题:一是摄像机等弹载光电器件抗超强过载问题,二是旋转并高速运动图像的清晰化处理问题,三是目标搜索与跟踪问题。这些技术难题的存在阻碍了电视末制导炮弹的研制进程。本文主要针对对上述关键技术进行了研究和探讨,目的是为电视末制导炮弹武器系统的研制奠定理论基础。  论文第二章对武器系统总体技术进行了研究。首先分析了电视末制导炮弹内、外弹道特性,对炮弹在炮膛内的受力特点和承受的发射过载情况进行了分析,提出了人在回路中的闭环制导体制,讨论了武器系统组成及工作流程。  论文第三章研究了弹载光电器件抗超强过载技术,提出了针对电视导引头特点的复合减振抗过载设计方法,并对复合减振装置的隔振性能进行了仿真计算。实弹试验表明,文中提出的复合减振抗过载结构可以满足152mm榴弹炮发射过载的要求。  论文第四章主要针对所获取的电视末制导炮弹视频图像序列存在着旋转、抖动和信噪比低等问题,论述了图像序列消旋、消抖、增强等预处理技术。首先建立了图像运动模型,在此基础上给出了基于数据融合技术的旋转图像实时消旋的实现方法,即通过弹载信息处理电路将弹体旋转角度信息加载在视频图像上,在地面站识别出角度信息并借助于DSP高速处理电路实现旋转图像的实时消旋;在图像消旋的基础上,通过目标特征匹配技术估计出图像序列抖动的运动矢量,利用运动补偿技术消除了图像抖动,得到了较为稳定的图像序列;最后针对图像信噪比较低的特点,提出了通过图像直方图均衡化算法增强图像和基于快速中值滤波去除噪声改善图像质量的方法,为目标识别和跟踪打下良好基础。  论文第五章研究了目标的识别与跟踪技术,提出了基于遗传算法的快速相关目标匹配方法,该方法较好地解决了跟踪精度和实时性的矛盾,并提出了在跟踪过程中的模板修正策略,较好地解决了目标丢失和失配的问题;最后还讨论了制导炮弹命中精度的计算问题,对电视末制导炮弹开环圆概率误差和闭环圆概率误差进行了计算,得出开环圆概率误差≤7米,闭环圆概率误差≤1米的结论。  文中阐述的关键技术已经在工程实践上得到了应用,取得了较好的效果,为最终武器系统的研制奠定了良好的基础。
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