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巡航导弹精准打击 “穿针引线”神技从何而来?

2018-09-07 16:31 来源:科普中国-军事科技前沿 

  在央视公布的中国东风-10A巡航导弹的打靶片段当中,镜头特意展示了巡航导弹精准钻入大楼状靶标建筑物的墙体正面,并在其中起爆摧毁了整个靶标建筑物的画面。

  毋庸置疑,这种打击手段能够确保建筑物中的高价值目标难以逃脱,甚至能做到让导弹在敌酋面前起爆。

  但要想做到这种有如“千里之外投线穿针”的精准程度,几乎所有的传统制导手段都将失效——惯性导航和卫星导航精准度不足,并且无法修正巡航导弹的高度;红外和雷达制导只能辨认有相应特征的目标,对建筑物不具备辨识能力;激光制导需要前线部队指引,难以发起突然打击,前线部队本身的安危也是问题;至于人在回路中的电视信号修正虽然具备精确引导的潜力,但若在射程超过上千公里的巡航导弹上回传数据量较大的视频信号,这显然是不切实际的想法。

  因此,要想令巡航导弹这种远程打击武器具备精准定位某个点状目标的能力,再寻求一种全新的制导手段是必然的前提。

巡航导弹精准打击 “穿针引线”神技从何而来?

图为中国东风-10A巡航导弹精准在大楼靶标中起爆的瞬间。(图源:央视军事报道)

  考虑到巡航导弹距离后方过远,发射方很难对其进行干预,人们很快想到了一个较为简便的方法:令巡航导弹本身具备判别目标的能力。

  但这谈何容易!诚然,对于实际操作巡航导弹“遛弯”的导引系统,也就是弹载计算机而言,要令它在一整幅红外图像中找到某个高温反射点,并驱使导弹命中它,这在算法上难度不大。

  但如果把简单的,平面的红外图像换成立体的建筑物照片,弹载计算机可就要抓瞎了:它找出高红外辐射点的方式并不是看出直观的“差别”,而是通过比较读数得出的结论。

  具体一点,比方说要找出大楼外墙上某个与众不同的窗户,人类大脑的思考模式使得人眼在第一瞬间就能找出突兀的目标,而计算机要想找到这个目标,就一定需要算法来帮助它“读图”,这其中的根本原因在于计算机思考模式和人类思考模式的差异。

  而这个算法,便是近二十年来才出现的新型制导手段,“景象匹配制导”,但鲜为人知的是,它还有一个大名鼎鼎的亲戚,那就是现今在民用领域被炒得“大红大紫”的图像识别技术。

巡航导弹精准打击 “穿针引线”神技从何而来?

图为应用OCR技术在读取电表读数的智能手机。(图源:techcrunch)

  事实上,图像识别技术的起源并不是为了刷脸,或是帮助精确制导武器找目标——计算机技术前沿领域的工作者只是想“偷懒”,让扫描仪或摄像头来代替人手和键盘完成浩如烟海的文献录入工作罢了。

  教会机器“看到”图片的A就录入A,自然是很简单的事情。但如果这个字母是小写的呢?是花体的呢?经过涂抹呢?色彩不同呢?因此,作为图像识别技术的核心,“特征”这个概念便被迅速地总结出来。

  以上文提到的文字举例,即便字体、涂抹和色彩都不同,但相同的字母A都有其共通特征,而相同字体、涂抹和色彩的不同字母之间,一定有特征能将它们分辨开来。

  同理,就算是不同光照、阴影条件下的同一个目标所拍摄出的图像,其特征值也是相同的。导弹导引头只需要“匹配”这个特征值即可精准找到要命中的目标,这也就是“景象匹配制导”技术的名头由来。

巡航导弹精准打击 “穿针引线”神技从何而来?

图为合成孔径雷达(SAR)对地面扫描的成像结果。

  当然,和“把摄像头凑到对象面前”的民用图像识别技术不同,远程巡航导弹导引头和目标之间的距离就稍微有些远。因此,除却不同角度的太阳光照和阴影、以及地面景物本身的细微变化之外,空气能见度、中低空的积雨云等气象因素也会影响可见光图像的识别效果。

  但和前者不同,后者并不是用特征算法能够排除的影响因素,一旦厚积云遮住了光线,再先进的算法也终究无能为力。

  为此,现役的巡航导弹多另辟蹊径,采用合成孔径雷达作为成像单元。和受限颇多的可见光不一样,合成孔径雷达无论是在白天黑夜,甚至是雨雾气象环境下都能有效给出地面景物的轮廓,而巡航导弹便能在弹载计算机的对比之下找到必须要摧毁的特征目标,旋即义无反顾地与之“亲密接触”,并将之彻底摧毁。

  出品:科普中国

  制作:旋钮工作室

  监制:光明网科普事业部

[责任编辑:赵清建]

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