本發(fā)明屬于無(wú)人機(jī)任務(wù)設(shè)備控制技術(shù)，具體涉及一種察打無(wú)人機(jī)圖像制導(dǎo)導(dǎo)彈目標(biāo)捕獲方法。

背景技術(shù)：

察打一體化無(wú)人機(jī)的武器配置一般以激光制導(dǎo)導(dǎo)彈或炸彈為主，制導(dǎo)方式多采用激光半主動(dòng)方式，在攻擊目標(biāo)過(guò)程中需要機(jī)載光電載荷對(duì)目標(biāo)進(jìn)行持續(xù)激光照射，容易暴露載機(jī)位置使其處于危險(xiǎn)當(dāng)中。

采用圖像制導(dǎo)的導(dǎo)彈具有“發(fā)射前鎖定、發(fā)射后不管”的特點(diǎn)，近些年其小型化技術(shù)較為成熟，但主要用于單兵車載“地對(duì)地”或“地對(duì)空”攻擊，通過(guò)掛載在無(wú)人機(jī)上實(shí)現(xiàn)“空對(duì)地”攻擊應(yīng)用較少。

無(wú)人機(jī)掛載圖像制導(dǎo)導(dǎo)彈，一方面由于導(dǎo)彈導(dǎo)引頭市場(chǎng)范圍小，直接搜索目標(biāo)非常困難；另一方面存在鏈路延時(shí)，并且在動(dòng)基座上捕獲目標(biāo)，難度更大。目前，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有“翼龍”或“彩虹”等察打一體無(wú)人機(jī)并未進(jìn)行該種技術(shù)的工程化研制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

要解決的技術(shù)問(wèn)題

為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種察打無(wú)人機(jī)圖像制導(dǎo)導(dǎo)彈目標(biāo)捕獲方法，解決無(wú)人機(jī)機(jī)載圖像制導(dǎo)導(dǎo)彈目標(biāo)搜索與捕獲問(wèn)題，從而克服機(jī)載動(dòng)基座和鏈路延時(shí)帶來(lái)的操作難度，提高目標(biāo)捕獲效率，增強(qiáng)定點(diǎn)清除作戰(zhàn)效能。

技術(shù)方案

一種察打無(wú)人機(jī)圖像制導(dǎo)導(dǎo)彈目標(biāo)捕獲方法，將導(dǎo)彈上的前后卡環(huán)與無(wú)人機(jī)掛點(diǎn)進(jìn)行對(duì)接實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈與無(wú)人機(jī)之間的結(jié)構(gòu)連接，導(dǎo)彈縱軸相對(duì)無(wú)人機(jī)水平軸下偏5°掛載，橫軸同無(wú)人機(jī)航向方向相同；其特征在于步驟如下：

步驟1：地面控制站火控操作手控制光電載荷進(jìn)行目標(biāo)搜索與跟蹤時(shí)，導(dǎo)引頭光軸自動(dòng)維持在光電偵察載荷設(shè)備光軸的指向位置，實(shí)時(shí)跟隨其運(yùn)動(dòng)進(jìn)行隨動(dòng)；目標(biāo)搜索與跟蹤時(shí)實(shí)時(shí)得到光電載荷光軸方位角α1和俯仰角β1，根據(jù)導(dǎo)彈安裝軸系關(guān)系可自動(dòng)計(jì)算出導(dǎo)彈導(dǎo)引頭光軸方位角α和俯仰角β，使得導(dǎo)彈導(dǎo)引頭光軸自動(dòng)指向目標(biāo)；其中導(dǎo)彈導(dǎo)引頭光軸方位角α和俯仰角β同光電載荷光軸方位角α1和俯仰角β1關(guān)系如下：

步驟2：地面控制站火控操作手通過(guò)無(wú)人機(jī)機(jī)載光電載荷在大視場(chǎng)范圍內(nèi)，采用人工視覺(jué)監(jiān)控方法對(duì)目標(biāo)進(jìn)行搜索；發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后，操控光電載荷偵察設(shè)備對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，目標(biāo)穩(wěn)定跟蹤后對(duì)當(dāng)前圖像進(jìn)行凍結(jié)，框選出凍結(jié)圖像中的目標(biāo)，采用sift特征提取算法自動(dòng)提取目標(biāo)特征；目標(biāo)選取的同時(shí)提取框選目標(biāo)的靶面坐標(biāo)，其中靶面坐標(biāo)系：以光電載荷視頻畫(huà)面中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，x軸向右為正，y軸向上為正；

步驟3：地面控制站火控操作手進(jìn)行操控模式切換，由操控光電載荷偵察設(shè)備模式切換到導(dǎo)彈操控模式；操控模式切換的同時(shí)將提取的目標(biāo)特征及目標(biāo)靶面坐標(biāo)由光電載荷設(shè)備傳送給導(dǎo)彈導(dǎo)引頭，導(dǎo)彈導(dǎo)引頭接收到目標(biāo)特征及目標(biāo)靶面坐標(biāo)后進(jìn)行目標(biāo)匹配，匹配初始位置由靶面中心坐標(biāo)開(kāi)始；

步驟4：目標(biāo)匹配成功后，導(dǎo)引頭進(jìn)入目標(biāo)鎖定階段，火控操作手觀察導(dǎo)引頭圖像并實(shí)時(shí)對(duì)目標(biāo)跟蹤框進(jìn)行微調(diào)，保證導(dǎo)引頭光軸始終指向目標(biāo)。

有益效果

本發(fā)明與之前的察打無(wú)人機(jī)掛載激光制導(dǎo)導(dǎo)彈相比，提高了察打無(wú)人機(jī)的自動(dòng)化程度，減輕了操作人員的負(fù)擔(dān)，降低了操作人員的失誤概率，提高了無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的安全性。

本發(fā)明提到的目標(biāo)捕獲方法，機(jī)載計(jì)算量小，實(shí)時(shí)性高，操作簡(jiǎn)單，有效提高了無(wú)人機(jī)的自主攻擊能力，為察打無(wú)人機(jī)圖像制導(dǎo)導(dǎo)彈的使用提供了簡(jiǎn)便實(shí)現(xiàn)的方法。

附圖說(shuō)明

圖1是本方法總流程圖

圖2是本方法任務(wù)剖面示意圖

圖3是本方法坐標(biāo)軸系關(guān)系示意圖

圖4是機(jī)體與彈體坐標(biāo)空間矢量圖

圖5是本方法圖像匹配示意圖

圖6是本方法飛行航跡規(guī)劃圖

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

本發(fā)明提出的一種察打無(wú)人機(jī)圖像制導(dǎo)導(dǎo)彈目標(biāo)捕獲方法，首先通過(guò)無(wú)人機(jī)機(jī)載光電載荷在大視場(chǎng)范圍內(nèi)，采用傳統(tǒng)方式進(jìn)行目標(biāo)搜索與跟蹤；然后利用光軸自動(dòng)引導(dǎo)方法將導(dǎo)彈導(dǎo)引頭光軸指向目標(biāo)，地面控制站火控操作手在導(dǎo)引頭圖像上，采用圖像匹配和像素修正方式實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)跟蹤捕獲，從而構(gòu)成發(fā)射條件，在有效操作時(shí)間內(nèi)。

本發(fā)明所涉方法步驟如下：

1.光電載荷導(dǎo)引頭光軸自動(dòng)引導(dǎo)解算

1)導(dǎo)彈與飛機(jī)安裝軸系關(guān)系；

本發(fā)明利用前后卡環(huán)與無(wú)人機(jī)掛點(diǎn)進(jìn)行對(duì)接實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈與無(wú)人機(jī)之間的結(jié)構(gòu)連接，發(fā)控單元放置于掛架中間緩沖固定，導(dǎo)彈縱軸相對(duì)無(wú)人機(jī)水平軸下偏5°掛載，橫軸同無(wú)人機(jī)航向方向相同，一套掛載機(jī)構(gòu)掛載1發(fā)導(dǎo)彈。

2)坐標(biāo)變換；

本發(fā)明中導(dǎo)引頭光軸自動(dòng)引導(dǎo)解算時(shí)涉及到三個(gè)坐標(biāo)系，分別是：

地理坐標(biāo)系(oxtytzt)：坐標(biāo)原點(diǎn)為載體質(zhì)心處，xt在當(dāng)?shù)厮矫鎯?nèi)指向北，yt當(dāng)?shù)厮矫鎯?nèi)指向東，zt垂直于oxtyt平面，方向按右手坐標(biāo)系確定。

飛機(jī)坐標(biāo)系(ox1y1z1)：飛機(jī)坐標(biāo)系是以飛機(jī)中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，x1軸為飛行方向，指向頭部為正，z1軸位于無(wú)人機(jī)對(duì)稱面內(nèi)與x1軸垂直，指向下為正，y1軸垂直于ox1z1平面，方向按右手坐標(biāo)系確定。

導(dǎo)彈坐標(biāo)系(oxyz)：導(dǎo)彈坐標(biāo)系是以導(dǎo)彈中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，x軸為飛行方向下偏5°，指向頭部為正，z軸位于無(wú)人機(jī)對(duì)稱面內(nèi)與x軸垂直，指向下為正，y軸垂直于oxz平面，方向按右手坐標(biāo)系確定。

導(dǎo)引頭上電后默認(rèn)為數(shù)指狀態(tài)，即將導(dǎo)引頭光軸自動(dòng)維持在光電偵察載荷設(shè)備光軸的指向位置，實(shí)時(shí)跟隨其運(yùn)動(dòng)進(jìn)行隨動(dòng)。光電偵察載荷設(shè)備光軸指向在飛機(jī)坐標(biāo)系下表示，因此計(jì)算導(dǎo)引頭光軸指向時(shí)需要將光電偵察載荷設(shè)備光軸由飛機(jī)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換至導(dǎo)彈坐標(biāo)系下計(jì)算得出導(dǎo)引頭光軸指向。

飛機(jī)坐標(biāo)系(ox1y1z1)轉(zhuǎn)換至導(dǎo)彈坐標(biāo)系(oxyz)的轉(zhuǎn)換關(guān)系如下：

3)計(jì)算給定俯仰角與方位角。

光電載荷光軸指向涉及兩個(gè)角度，分別是光電載荷光軸方位角α1和光電載荷光軸俯仰角β1。

光電載荷光軸方位角α1；指在ox1y1平面內(nèi)，順oz1軸觀察，ox1軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到光軸在ox1y1平面內(nèi)的投影之間的夾角；

光電載荷光軸俯仰角β1：指光軸在ox1z1平面內(nèi)的投影與oz1軸之間的夾角，迎oy1軸觀察，光軸的投影位于oz1軸的右側(cè)為正，反之為負(fù)。

本發(fā)明中地面控制站火控操作手控制光電載荷進(jìn)行目標(biāo)搜索與跟蹤時(shí)，導(dǎo)引頭光軸自動(dòng)維持在光電偵察載荷設(shè)備光軸的指向位置，實(shí)時(shí)跟隨其運(yùn)動(dòng)進(jìn)行隨動(dòng)。目標(biāo)搜索與跟蹤時(shí)實(shí)時(shí)得到光電載荷光軸方位角和俯仰角，根據(jù)導(dǎo)彈安裝軸系關(guān)系可自動(dòng)計(jì)算出導(dǎo)彈導(dǎo)引頭光軸方位角和俯仰角，使得導(dǎo)彈導(dǎo)引頭光軸自動(dòng)指向目標(biāo)。

由于導(dǎo)彈坐標(biāo)系(oxyz)同飛機(jī)坐標(biāo)系(ox1y1z1)水平軸下偏5°，因此導(dǎo)彈導(dǎo)引頭光軸方位角α和俯仰角β同光電載荷光軸方位角α1和俯仰角β1關(guān)系如下：

2.地面目標(biāo)選取與匹配

1)圖像凍結(jié)與目標(biāo)特征提取

本發(fā)明中地面控制站火控操作手通過(guò)無(wú)人機(jī)機(jī)載光電載荷在大視場(chǎng)范圍內(nèi)，采用人工視覺(jué)監(jiān)控方法對(duì)目標(biāo)進(jìn)行搜索；發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后，操控光電載荷偵察設(shè)備對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，目標(biāo)穩(wěn)定跟蹤后對(duì)當(dāng)前圖像進(jìn)行凍結(jié)，框選出凍結(jié)圖像中的目標(biāo)，自動(dòng)提取目標(biāo)特征。

本發(fā)明采用sift特征提取算法進(jìn)行目標(biāo)特征提取。sift特征提取算法具有對(duì)旋轉(zhuǎn)、尺度縮放、亮度變化保持不變性，對(duì)視角變化、仿射變換、噪聲也保持一定的穩(wěn)定性等特點(diǎn)。

本發(fā)明經(jīng)過(guò)構(gòu)建尺度空間、檢測(cè)尺度空間極值點(diǎn)、精確定位極值點(diǎn)、為每個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)指定方向參數(shù)、關(guān)鍵點(diǎn)特征描述的生成幾個(gè)關(guān)鍵步驟后最后生成64維或128維的sift特征向量。此時(shí)的sift特征向量已經(jīng)去除了尺度變化、旋轉(zhuǎn)等幾何變形因素的影響。

2)成像靶面坐標(biāo)提取

目標(biāo)選取的同時(shí)提取框選目標(biāo)的靶面坐標(biāo)。

靶面坐標(biāo)系：光電載荷視頻畫(huà)面中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，x軸向右為正，y軸向上為正。

3.目標(biāo)特征上傳導(dǎo)引頭轉(zhuǎn)跟蹤以及跟蹤修正

待光電載荷偵察設(shè)備進(jìn)入自動(dòng)跟蹤狀態(tài)后對(duì)導(dǎo)彈進(jìn)行上電，導(dǎo)引頭畫(huà)面實(shí)時(shí)傳回地面。待完成光電載荷偵察設(shè)備目標(biāo)選取與目標(biāo)特征提取后，地面控制站火控操作手擇機(jī)進(jìn)行操控模式切換，由操控光電載荷偵察設(shè)備模式切換到導(dǎo)彈操控模式，即進(jìn)入導(dǎo)引頭跟蹤及跟蹤修正階段。

操控模式切換的同時(shí)將提取的目標(biāo)特征及目標(biāo)靶面坐標(biāo)由光電載荷設(shè)備傳送給導(dǎo)彈導(dǎo)引頭，導(dǎo)彈導(dǎo)引頭接收到目標(biāo)特征及目標(biāo)靶面坐標(biāo)后，將目標(biāo)特征與導(dǎo)引頭視頻圖像進(jìn)行目標(biāo)匹配，匹配初始位置由靶面中心坐標(biāo)開(kāi)始，從而提高了匹配效率。

目標(biāo)匹配成功后，導(dǎo)引頭進(jìn)入目標(biāo)鎖定階段，火控操作手按像素進(jìn)行跟蹤微調(diào)，使得導(dǎo)引頭鎖定點(diǎn)位置使其與目標(biāo)相匹配。

4.導(dǎo)彈擊發(fā)階段

滿足發(fā)射條件后，火控操作手即可發(fā)送擊發(fā)指令，進(jìn)入導(dǎo)彈擊發(fā)階段，導(dǎo)彈在收到擊發(fā)指令后約3s發(fā)射，無(wú)人機(jī)完成武器發(fā)射任務(wù)。

本發(fā)明已經(jīng)應(yīng)用于asn209g型無(wú)人機(jī)系統(tǒng)中。在該系統(tǒng)中，本方法被包含于地面控制車上的圖像顯示軟件中。圖像顯示軟件通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的地面數(shù)據(jù)終端進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，并通過(guò)地面數(shù)據(jù)終端向飛機(jī)發(fā)送任務(wù)控制指令。

無(wú)人機(jī)發(fā)射起飛后，飛行操作手控制飛機(jī)沿靶道方向爬升至2000m高度定高飛行，沿靶道方向飛行至目標(biāo)區(qū)域?；鹂夭僮魇钟^察光電載荷偵察設(shè)備圖像，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，導(dǎo)引頭光軸自動(dòng)維持在光電偵察載荷設(shè)備光軸的指向位置。目標(biāo)穩(wěn)定跟蹤后對(duì)當(dāng)前光電載荷偵察視頻進(jìn)行圖像凍結(jié)?；鹂夭僮魇衷趦鼋Y(jié)的圖像上移動(dòng)鼠標(biāo)框選目標(biāo)，框選出目標(biāo)后進(jìn)行操控模式切換，由操控光電載荷偵察設(shè)備轉(zhuǎn)為操控導(dǎo)彈導(dǎo)引頭。

導(dǎo)彈導(dǎo)引頭收到目標(biāo)特征及靶面坐標(biāo)后進(jìn)行目標(biāo)匹配，匹配成功及跟蹤微調(diào)后進(jìn)行目標(biāo)鎖定?；鹂夭僮魇钟^察導(dǎo)引頭圖像并實(shí)時(shí)對(duì)目標(biāo)跟蹤框進(jìn)行微調(diào)，保證導(dǎo)引頭光軸始終指向目標(biāo)。當(dāng)飛機(jī)飛臨發(fā)射區(qū)時(shí)，火控操作手擇機(jī)進(jìn)行導(dǎo)彈發(fā)射。此次飛行航跡規(guī)劃如圖6所示。