圖像匹配制導(dǎo)導(dǎo)彈：戰(zhàn)場上的“拼圖殺手

　　圖像匹配制導(dǎo)導(dǎo)彈——

　　戰(zhàn)場上的“拼圖殺手”

　　■曹 娟 張 森 靳成剛　　

圖①：“伊斯坎德爾-M”導(dǎo)彈?！　?/p>

圖②：“鉆石-1”反坦克導(dǎo)彈?！　?/p>

圖③：“戰(zhàn)斧”巡航導(dǎo)彈。

圖④：“305”空地導(dǎo)彈。

圖⑤：“風(fēng)暴陰影”巡航導(dǎo)彈。

　　今年2月，伊朗陸軍航空兵在新成果展上展出了國產(chǎn)空對地反坦克導(dǎo)彈的升級版。這種被稱為Shafaq增強版的導(dǎo)彈，能輕松掛載在“超級眼鏡蛇”攻擊直升機上，還因采用無線傳輸圖像匹配制導(dǎo)等制導(dǎo)方式，能夠打擊20千米以內(nèi)的目標(biāo)。

　　Shafaq增強版導(dǎo)彈并不是伊朗唯一采用圖像匹配制導(dǎo)方式的導(dǎo)彈。此前，該國武裝力量還曾展示或使用過射程達(dá)4千米的“鉆石-1”反坦克導(dǎo)彈，以及射程達(dá)8千米的“Sadid-365”反坦克導(dǎo)彈，這兩種反坦克導(dǎo)彈也選用了圖像匹配制導(dǎo)方式。

　　伊朗為何在研發(fā)圖像匹配制導(dǎo)導(dǎo)彈方面不斷推陳出新?原因可從近年來一些熱點地區(qū)爆發(fā)的軍事沖突中窺見一斑。

　　這些軍事沖突中，圖像匹配制導(dǎo)導(dǎo)彈多次被投入使用，取得不小戰(zhàn)果。這些導(dǎo)彈中，既有反坦克導(dǎo)彈，也有巡航導(dǎo)彈、戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈，以及防空反導(dǎo)和反艦導(dǎo)彈。

　　那么，圖像匹配制導(dǎo)導(dǎo)彈為何會受到如此倚重?這類導(dǎo)彈有著怎樣的發(fā)展歷程?今后會朝哪個方向發(fā)展?請看相關(guān)解讀。

　　“按圖索驥”能力是立身之本

　　我國有句成語叫“按圖索驥”，意思是按照畫圖去尋找好馬。圖像匹配制導(dǎo)導(dǎo)彈發(fā)揮作用的過程與此有些類似，不過這類導(dǎo)彈要參照的“圖”可不止一幅;找到目標(biāo)時，也不是要獲得它，而是要摧毀它。

　　這類導(dǎo)彈所使用的圖像匹配制導(dǎo)技術(shù)類似于“拼圖”，是基于地表特征與地理位置之間的對應(yīng)關(guān)系，通過比對遙感圖像特征來控制導(dǎo)彈飛向目標(biāo)的技術(shù)。圖像匹配制導(dǎo)方式通常作為中段或末段制導(dǎo)方式與慣性制導(dǎo)方式組合使用，以提高導(dǎo)彈命中精度。

　　20世紀(jì)50年代末，圖像匹配制導(dǎo)技術(shù)開始應(yīng)用于導(dǎo)彈。依據(jù)具體制導(dǎo)方式及性能水平的不同，圖像匹配制導(dǎo)導(dǎo)彈的發(fā)展大致可分為三個階段。

　　地形匹配輔助導(dǎo)航階段。地形匹配制導(dǎo)技術(shù)是這類導(dǎo)彈最早使用的圖像匹配制導(dǎo)技術(shù)，采用該技術(shù)的導(dǎo)彈通常用雷達(dá)或激光高度表作為遙感裝置，把沿飛行軌跡測取的一條地形等高線剖面圖(實時圖)，與預(yù)先存貯在彈載系統(tǒng)里的若干個地形匹配區(qū)的基準(zhǔn)圖進(jìn)行比對，獲取實際位置與預(yù)期位置之間的偏差，據(jù)此對飛行彈道進(jìn)行修正和校準(zhǔn)。地形匹配制導(dǎo)是以地形輪廓線為匹配對象的，因此屬于一維匹配制導(dǎo)。

　　采用這種技術(shù)的導(dǎo)彈，其圓概率誤差在百米量級。1958年美國裝備的“馬斯”地地巡航導(dǎo)彈就應(yīng)用了該技術(shù)。20世紀(jì)70至80年代研制的中遠(yuǎn)程核巡航導(dǎo)彈中，該技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，如蘇聯(lián)“彈弓”(SSC-X-4)、“大力士”(SS-N-21)、“撐桿”(AS-15A)以及美國BGM-109A、BGM-109G“戰(zhàn)斧”等導(dǎo)彈，采用的都是“慣性+地形匹配”制導(dǎo)技術(shù)。

　　景象匹配末制導(dǎo)階段。地形匹配制導(dǎo)方式具有基準(zhǔn)源數(shù)據(jù)穩(wěn)定、全天候工作能力強等優(yōu)點，但適用范圍有限，只能在地形起伏較大的丘陵、山地使用，且精度不高。20世紀(jì)80至90年代，圖像匹配制導(dǎo)技術(shù)進(jìn)入二維景象匹配末制導(dǎo)階段。該技術(shù)以區(qū)域地貌特征為對象，采用光學(xué)、紅外或雷達(dá)成像裝置拍攝彈道下方或目標(biāo)附近的區(qū)域地圖(實時圖)，與存貯在彈載系統(tǒng)中的基準(zhǔn)圖進(jìn)行比對，進(jìn)而修正導(dǎo)彈飛行路線。景象匹配末制導(dǎo)屬于二維(面)匹配制導(dǎo)，制導(dǎo)精度優(yōu)于一維(線)匹配制導(dǎo)。

　　采用這種技術(shù)的導(dǎo)彈，圓概率誤差在10米量級，通常作為末制導(dǎo)手段使用，可用于精準(zhǔn)打擊一些點狀軍事目標(biāo)。20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)初各國裝備的一些巡航導(dǎo)彈和戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈，如美國“戰(zhàn)斧”BGM-109C/D、英國“風(fēng)暴陰影”、俄羅斯“口徑”X-101/102、“伊斯坎德爾-M”等導(dǎo)彈，都采用了景象匹配末制導(dǎo)技術(shù)。

　　多模復(fù)合制導(dǎo)階段。進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著偽裝隱身和電磁、紅外干擾等技術(shù)的發(fā)展，導(dǎo)彈攻防對抗環(huán)境變得更加復(fù)雜。采用單一模式的圖像匹配制導(dǎo)導(dǎo)彈在復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境中，漸漸難以可靠地完成作戰(zhàn)任務(wù)。于是，圖像匹配制導(dǎo)導(dǎo)彈開始采用多模復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)。多模復(fù)合制導(dǎo)是指將兩種或兩種以上制導(dǎo)傳感器按照一定方式集成，共同完成尋找、識別目標(biāo)的制導(dǎo)任務(wù)。該制導(dǎo)方式通過獲取多種模態(tài)的目標(biāo)信息來相互補充、相互印證，進(jìn)而提高導(dǎo)引頭適應(yīng)環(huán)境及反隱身、抗干擾的能力。

　　當(dāng)前，多模復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)在反導(dǎo)、反艦和反坦克導(dǎo)彈中得到一定應(yīng)用，且以雙模復(fù)合制導(dǎo)為主，較為典型的是以色列“箭”式反導(dǎo)攔截彈、美國“愛國者-3”防空導(dǎo)彈、俄羅斯“鋯石”高超聲速反艦導(dǎo)彈等。

　　以“箭-3”反導(dǎo)攔截彈為例，該型導(dǎo)彈采用“慣導(dǎo)+中段指令修正+末段可見光/長波紅外成像”制導(dǎo)體制，可見光探測器除了用于星光校準(zhǔn)以確定攔截彈的空間方位外，還能在白天能見度較高時捕獲和跟蹤目標(biāo);如果能見度低，就用長波紅外探測器捕捉目標(biāo)。如此，通過雙模導(dǎo)引頭協(xié)同工作，就可提升對目標(biāo)的捕獲概率。

　　因打擊效能高而備受青睞

　　俗話說，“硬幣有正反兩面”，武器彈藥的發(fā)展也有類似特征。如今，圖像匹配制導(dǎo)導(dǎo)彈呈現(xiàn)出高精度、高隱蔽性打擊目標(biāo)等優(yōu)點，同時也存在戰(zhàn)前準(zhǔn)備相對復(fù)雜等弊端。

　　一是“邊瞧邊飛、看著打”，命中精度高。世界各國研制的圖像匹配制導(dǎo)導(dǎo)彈不少采用“全程慣性、中段衛(wèi)星或地形匹配制導(dǎo)修正、末段單?；螂p模景象匹配”的制導(dǎo)方式，圓概率誤差在10米之內(nèi)。例如，在俄烏沖突中，俄軍采用“慣性+衛(wèi)星+紅外導(dǎo)引頭成像”制導(dǎo)方式的“伊斯坎德爾-M”導(dǎo)彈數(shù)次摧毀烏克蘭武器庫等軍事目標(biāo)，更是在無人機協(xié)助下，完成了對“海馬斯”火箭炮等時間敏感目標(biāo)的獵殺，體現(xiàn)出較高精度。

　　二是“人在回路中”，操控選項增多。隨著數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，世界各國開始采用雙向數(shù)據(jù)鏈來實施“人在回路中”控制，通過地面控制系統(tǒng)融合多平臺數(shù)據(jù)對飛行中的導(dǎo)彈進(jìn)行在線捕控，以增強環(huán)境適應(yīng)性和打擊靈活性。如美國的BGM-109E“戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斧”導(dǎo)彈，是在BGM-109C景象匹配末制導(dǎo)系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加了雙向衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸鏈路和紅外導(dǎo)引頭等，使導(dǎo)彈具備了空中待機、飛行中重新瞄準(zhǔn)、戰(zhàn)場偵察等前一代“戰(zhàn)斧”不具備的能力。

　　這一過程中，雙向數(shù)據(jù)鏈提供了通道，以便將導(dǎo)引頭拍攝到的目標(biāo)區(qū)域?qū)崟r圖像傳送至地面控制系統(tǒng)，進(jìn)而據(jù)此修正彈道完成對目標(biāo)的打擊。數(shù)據(jù)鏈也有助于使用者為處在空中待機狀態(tài)的導(dǎo)彈裝訂目標(biāo)信息，指令導(dǎo)彈攻擊時間敏感目標(biāo)，或者改變飛行中導(dǎo)彈的打擊目標(biāo)。

　　俄羅斯“305”空地導(dǎo)彈、伊朗“鉆石-1”反坦克導(dǎo)彈等，都可根據(jù)打擊目標(biāo)和戰(zhàn)場環(huán)境的變化，靈活采取“發(fā)射后不管”或“人在回路中”控制兩種工作模式。

　　三是需要體系支撐，戰(zhàn)前準(zhǔn)備復(fù)雜。除了飛行隱蔽、打擊精確等優(yōu)點外，這類導(dǎo)彈的使用也存在短板——目標(biāo)情報保障要求高、任務(wù)規(guī)劃過程復(fù)雜。

　　根據(jù)要打擊目標(biāo)的特點，科學(xué)快速地規(guī)劃地形和景象匹配區(qū)域、選擇高精度基準(zhǔn)圖像，是確保圖像匹配制導(dǎo)導(dǎo)彈精確打擊的基礎(chǔ)。為此，各軍事強國都很重視目標(biāo)區(qū)域高精度數(shù)字地圖制作和景象適配性研究。比如，獲取重要區(qū)域的紅外、光學(xué)、雷達(dá)數(shù)字圖像，按照要求和準(zhǔn)則選取特征明顯、信息量大、可匹配性高的區(qū)域制備多組基準(zhǔn)圖像等，來滿足不同季節(jié)、天氣情況下的使用需求，并根據(jù)實際地貌變化適時調(diào)整更新。

　　可見，要想高效使用圖像匹配制導(dǎo)導(dǎo)彈，需要強大的態(tài)勢感知能力和高度信息化的指揮通信網(wǎng)絡(luò)作為支撐。但是瑕不掩瑜，從某種意義上來說，復(fù)雜是精細(xì)的代名詞，隨著戰(zhàn)爭形態(tài)加速向信息化、智能化演變，武器裝備遠(yuǎn)程精確化打擊的趨勢愈加明顯。因此，圖像匹配制導(dǎo)導(dǎo)彈在未來戰(zhàn)場上的地位和作用將會進(jìn)一步凸顯。

　　固強補弱的“進(jìn)化”正在路上

　　正如進(jìn)行一場長跑要在身體、技巧、鞋子等方面做好準(zhǔn)備，圖像匹配制導(dǎo)導(dǎo)彈朝著未來“奔跑”的過程中，也需要做好多種準(zhǔn)備，尤其需要在已有基礎(chǔ)上揚長避短、固強補弱。具體來說，主要包括以下幾個方面。

　　在探測目標(biāo)方面力求更多維度和更高分辨率。當(dāng)前，各軍事強國大力發(fā)展的激光成像制導(dǎo)大多屬于多維圖像匹配制導(dǎo)。激光雷達(dá)可以獲取目標(biāo)的尺寸、形狀、速度、振動及旋轉(zhuǎn)速度等多種信息，描繪出目標(biāo)的三維和四維圖像。如此，就能夠捕捉到目標(biāo)細(xì)節(jié)上的變化，“看穿”偽裝，對真正的目標(biāo)實施打擊。今后，面對更加復(fù)雜多變的戰(zhàn)場環(huán)境，這類導(dǎo)彈很可能采用更多維度、更高分辨率的導(dǎo)引頭，來確?？焖侔l(fā)現(xiàn)目標(biāo)并實施有效打擊。

　　對目標(biāo)進(jìn)行智能化識別。早期的圖像匹配制導(dǎo)導(dǎo)彈，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的過程更像是拿著一張照片按照面部特征來找人，如果人與圖的面部特征能對上，才會確定為目標(biāo)并實施打擊。但事物在不斷變化，一些基準(zhǔn)圖中存在的標(biāo)志物可能因戰(zhàn)斗進(jìn)程的推進(jìn)而變化——比如被摧毀，這種情況下就需要智能化識別技術(shù)來輔助。從當(dāng)前發(fā)展情況來看，圖像匹配制導(dǎo)導(dǎo)彈越先進(jìn)，對智能化識別能力的要求就越高。今后，這類導(dǎo)彈很可能朝著基于人工智能的“自主學(xué)習(xí)”方面發(fā)展，即通過先期學(xué)習(xí)完成“知識積累”，在“綜合學(xué)習(xí)”的基礎(chǔ)上實現(xiàn)“自主判斷”，從而縮短使用前期的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和任務(wù)規(guī)劃時間，在去偽存真中發(fā)現(xiàn)和打擊目標(biāo)。

　　分布式組網(wǎng)協(xié)同制導(dǎo)或?qū)⒊蔀樾滦问健６嗄?fù)合制導(dǎo)方式雖然能取得一定成效，但這種“集多種功能于一身”的方法也使導(dǎo)引頭制造成本明顯增加。而且，用這種價格不菲的導(dǎo)彈，來應(yīng)對基于網(wǎng)絡(luò)協(xié)同的經(jīng)濟型彈群攻擊很不劃算。因此，為降低成本同時又能在復(fù)雜作戰(zhàn)環(huán)境中應(yīng)對來襲的多種目標(biāo)，采用分布式組網(wǎng)協(xié)同制導(dǎo)技術(shù)可能成為今后圖像匹配制導(dǎo)導(dǎo)彈的發(fā)展方向。該技術(shù)可能給導(dǎo)彈帶來以下變化：一是單個導(dǎo)彈的導(dǎo)引頭功能相對單一;二是各個導(dǎo)彈的導(dǎo)引頭各有不同和側(cè)重;三是導(dǎo)彈之間可組網(wǎng)協(xié)同探測，從而實現(xiàn)對群目標(biāo)的多波段、多模式識別定位，并進(jìn)行分工打擊。在這方面，美國GBI反導(dǎo)攔截彈配備的攔截彈頭給人們以啟示。該彈采用分布式組網(wǎng)協(xié)同紅外尋的制導(dǎo)方式，不同攔截彈頭攜帶不同紅外波段的導(dǎo)引頭，來自多個攔截彈頭的探測數(shù)據(jù)通過傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行綜合，然后進(jìn)行協(xié)同制導(dǎo)，實現(xiàn)對目標(biāo)的多站無源定位，進(jìn)而達(dá)成反導(dǎo)作戰(zhàn)目的。

　　供圖：陽　明、法將程　　

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