一种导引头捕获跟踪目标的方法与流程

1.本发明属于红外成像引导头领域，更具体地，涉及一种导引头捕获跟踪目标的方法。


背景技术：

2.红外成像导引头是利用目标场景红外辐射进行成像，实现自动捕获和跟踪地面固定/移动目标，同时将目标视线角速度信号和导引头框架角信号提供给导弹自动驾驶仪，实现导弹自动导引直至命中目标。在满足战技指标的前提下，具备低成本、夜间使用、发射后不管等特点，能够实现对舰船、车辆、坦克、建筑物群、军事阵地等目标进行精确打击功能。
3.红外成像也有缺点，由于红外波长较可见光长，相同入瞳直径下，光学成像系统分辨率低于可见光，而且同样成本下红外探测器的像素低于可见光探测器，导致红外图像清晰度明显低于可见光成像，成像清晰度差，像素低导致红外探测器对目标的探测距离较短。目前红外导引头捕获方式目前大致有三种：模板匹配、人在回路和自主识别。三种方式各自有各自的优势，但是劣势也显而易见。模板匹配捕获方式采用机载光电吊舱直接拍摄装订模板，捕获时刻将实施图像与模板进行比对，比对成功后完成对目标的捕获跟踪，此种方法对模板的拍摄质量很高，捕获成功率低且很难把控。人在回路捕获模式是在导弹飞行过程中，通过链路将红外图像实时传回地面工作站，操作人员控制摇杆或鼠标移动光标，点击目标，然后点击位置信息传回导引头完成对目标的捕获，此种方法命中精度完全依赖于操作人员，不同人的反应能力的差异和心理素质的差异会影响导弹命中情况。自主识别捕获模式是通过将多种典型目标对导引头进行深度学习与训练，导弹在飞行过程中可直接捕获目标，不依赖于飞机的机载设备，可实现发射后不管。但是对于车辆和坦克这种小目标来说，这种方式使得导引头作用距离限制在2km以内，如果捕获跟踪出现问题，后续人工修正的时间有限；在复杂背景下，识别概率较低且不稳定。因此，目前现有的红外成像导引头的捕获跟踪模式存在捕获概率低、使用稳定性差、命中精度差和作用距离近的问题，从而导致红外成像导弹没有更广泛的应用到实际战场。
4.因此，期待发明一种导引头捕获跟踪目标的方法，能够有效解决现有技术中红外成像导引头的捕获跟踪模式存在捕获概率低、使用稳定性差、命中精度差和作用距离近的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提出一种导引头捕获跟踪目标的方法，以解决现有技术中红外成像导引头的捕获跟踪模式存在捕获概率低、使用稳定性差、命中精度差和作用距离近的问题。
6.为了实现上述目的，本发明提供一种导引头捕获跟踪目标的方法，包括：
7.导弹发射前，执行以下操作：
8.装订作战对象以及红外图像模板；
9.所述导弹离轨后，当所述导弹与所述作战对象之间的距离为红外成像导引头作用距离时，执行以下操作：
10.采集所述作战对象的视场图像；
11.基于装订的所述红外图像模板，通过模版匹配从所述作战对象的视场图像中提取出多个高相似度作战对象，并框选出每个所述高相似度作战对象对应框区；
12.将框选出每个所述高相似度作战对象对应框区的所述视场图像发送至地面工作站；
13.通过所述地面工作站在所述视场图像中点选出目标战斗对象对应框区，并将点选信息传输回所述导引头；
14.所述导引头根据所述点选信息锁定所述目标战斗对象并跟踪所述目标战斗对象的形心；
15.判断所述导弹是否偏离所述目标战斗对象，如果是则通过所述地面工作站点选出所述目标战斗对象对应框区以使所述导弹捕获并跟踪所述目标战斗对象的目标形心。
16.可选地，所述装订作战对象以及红外图像模板包括：
17.通过无人机机载火控系统装订作战对象；
18.通过所述无人机机载光电吊舱装订红外图像模板，其中，所述作战对象设于所述红外图像模板的中心位置。
19.可选地，所述将框选出每个所述高相似度作战对象对应框区的所述视场图像发送至地面工作站包括：
20.所述导引头将框选出每个所述高相似度作战对象的所述视场图像进行编码，并将编码后的视场图像发送至弹载数据链；
21.所述弹载数据链对所述编码的视场图像进行压缩，并将压缩的视场图像发送至无人机载数据链；
22.所述无人机载数据链将所述压缩的视场图像转发至所述地面工作站。
23.可选地，地面操作人员通过所述地面工作站在所述视场图像中点选出所述目标战斗对象对应框区；
24.所述点选信息包括所述视场图像对应的图号和点击位置对应的像素值。
25.可选地，所述根据所述点选信息锁定目标战斗对象包括：
26.根据所述图号，推算出所述视场图像的下发时刻和当前时刻的导弹状态变化情况；
27.基于所述导弹状态变化情况，根据所述点击位置对应的像素值判断所述目标战斗对象所在的框区，并锁定所述目标战斗对象。
28.可选地，所述作战对象为车辆、坦克、建筑和舰船的至少其中之一。
29.可选地，所述地面工作站包括解压模块和显示模块，其中，
30.所述解压模块用于对所述压缩的视场图像进行解压；
31.所述显示模块用于实时显示解压的所述视场图像。
32.可选地，还包括：在点选失败时，基于装订的所述作战对象，通过自主识别捕获算法自动跟踪所述目标战斗对象的目标形心。
33.本发明的有益效果在于：
34.无人机发射红外成像导弹，导弹在飞行过程中，红外成像引导头根据装订的红外图像模板进行多个高相似度作战对象的提取，通过人工点选选取目标战斗对象，再结合自主识别算法跟踪目标战斗对象，若导弹飞行明显偏离目标，操作人员可以通过人工修正点选位置，人工修正点选位置后，导引头将自动退出自主跟踪模式；本发明的导引头捕获跟踪目标的方法将模版匹配与人在回路和自主识别算法相结合，在不增加硬件成本和软件技术难度的情况下，将三种捕获方式的优点进行耦合，大大提高了红外导引头远距离捕获目标的概率，提高命中目标的稳定性，本发明的导引头捕获跟踪目标的方法易实现、可操作性强、方便且便捷，有效解决了现有技术中红外成像导引头的捕获跟踪模式存在捕获概率低、使用稳定性差、命中精度差和作用距离近的问题。
35.本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
36.通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
37.图1示出了根据本发明的一个实施例的一种导引头捕获跟踪目标的方法的对地模式流程图。
38.图2示出了根据本发明的一个实施例的一种导引头捕获跟踪目标的方法的对地模式流程图。
39.图3示出了根据本发明的一个实施例的一种导引头捕获跟踪目标的方法的对海模式流程图。
40.图4示出了根据本发明的一个实施例的一种导引头捕获跟踪目标的方法的无人机机载发射红外成像导弹示意图。
具体实施方式
41.下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
42.根据本发明的一种导引头捕获跟踪目标的方法，包括：
43.导弹发射前，执行以下操作：
44.装订作战对象以及红外图像模板；
45.导弹离轨后，当导弹与作战对象之间的距离为红外成像导引头作用距离时，执行以下操作：
46.采集作战对象的视场图像；
47.基于装订的红外图像模板，通过模版匹配从作战对象的视场图像中提取出多个高相似度作战对象，并框选出每个高相似度作战对象对应框区；
48.将框选出每个高相似度作战对象对应框区的视场图像发送至地面工作站；
49.通过地面工作站在视场图像中点选出目标战斗对象对应框区，并将点选信息传输
回所述导引头；
50.导引头根据点选信息锁定目标战斗对象并跟踪目标战斗对象的形心；
51.判断导弹是否偏离目标战斗对象，如果是则通过地面工作站点选出目标战斗对象对应框区以使导弹捕获并跟踪目标战斗对象的目标形心。
52.具体地，无人机发射红外成像导弹，导弹在飞行过程中，红外成像引导头根据装订的红外图像模板进行多个高相似度作战对象的提取，通过人工点选选取目标战斗对象，再结合自主识别算法跟踪目标战斗对象，若导弹飞行明显偏离目标，操作人员可以通过人工修正点选位置，人工修正点选位置后，导引头将自动退出自主跟踪模式；本发明的导引头捕获跟踪目标的方法将模版匹配与人在回路和自主识别算法相结合，在不增加硬件成本和软件技术难度的情况下，将三种捕获方式的优点进行耦合，大大提高了红外导引头远距离捕获目标的概率，提高命中目标的稳定性，本发明的导引头捕获跟踪目标的方法易实现、可操作性强、方便且便捷，有效解决了现有技术中红外成像导引头的捕获跟踪模式存在捕获概率低、使用稳定性差、命中精度差和作用距离近的问题。
53.进一步地，在导弹距离作战对象为红外成像导引头作用距离时，红外成像导引头作用距离优选为4km，通过模板匹配将多个高相似度作战对象提取出来，而并不是直接进行模板匹配捕获目标，大大降低了捕获失败的风险。导弹飞行至距目标4km处，弹载飞控机命令红外成像导引头开始模板匹配捕获，导引头由电锁模式切换至搜索模式，导引头伺服平台响应飞控机发送的目标指向角，对准作战对象后导引头首先通过飞控机传输的导弹姿态信息以及位置信息将预装红外图像模板旋转至此状态下的角度，再利用旋转后的外图像模板与实时视场图像进行比对，然后通过内部算法将多个高相似度作战对象提取出来并且框选出来，导引头将带有框区的的视场图像数据通过弹载数据链和机载数据链传回地面站。同时，要求惯性组合导航精度保证在导弹飞行至4km时作战对象位于红外成像导引头视场范围内。
54.进一步地，本发明的导引头捕获跟踪目标的方法在操作人员选中真实作战对象后，导引头根据初始装订的作战对象类型自主跟踪目标作战对象对应框区中目标作战对象的形心，大大降低了自主识别算法的计算范围和难度，即告诉导引头目标作战对象在框内，识别算法只需要在框内跟踪目标作战对象即可。
55.进一步地，本发明的导引头捕获跟踪目标的方法兼容人在回路点选目标的模式，而且优先级最高，提高了红外成像导引头使用的灵活性，其中，人在回路捕获模式是在导弹飞行过程中，通过链路将红外图像实时传回地面工作站，操作人员控制摇杆或鼠标移动光标，点击目标战斗对象，然后点击位置信息传回导引头完成对目标战斗对象的捕获。
56.进一步地，在实际应用中，模板匹配捕获方式采用机载光电吊舱直接拍摄装订模板，捕获时刻将实施图像与模板进行比对，比对成功后完成对目标的捕获跟踪；自主识别捕获算法是通过将多种典型目标战斗对象对导引头进行深度学习与训练，导弹在飞行过程中可直接捕获目标战斗对象，不依赖于飞机的机载设备，可实现发射后不管。
57.进一步地，导弹发射前，无人机机载的光电吊舱给红外成像导引头装订红外图像模板，预装模板的视场范围要和导引头开始捕获时刻视场范围一致，则光电吊舱要根据根据导引头捕获时刻的视场范围调整焦距，确保所拍摄的模板与导引头捕获时刻的视场范围一致。
58.在一个示例中，装订作战对象以及红外图像模板包括：
59.通过无人机机载火控系统装订作战对象；
60.通过无人机机载光电吊舱装订红外图像模板，其中，作战对象设于红外图像模板的中心位置。
61.在一个示例中，将框选出每个高相似度作战对象对应框区的视场图像发送至地面工作站包括：
62.导引头将框选出每个高相似度作战对象的视场图像进行编码，并将编码后的视场图像发送至弹载数据链；
63.弹载数据链对编码的视场图像进行压缩，并将压缩的视场图像发送至无人机载数据链；
64.无人机载数据链将压缩的视场图像转发至地面工作站。
65.具体地，通过数据链将多个高相似度作战对象呈现给地面工作站的操作人员进行判断和选择，操作人员只需要点击目标作战对象对应框区，并不需要精准点中目标作战对象本身，大大降低了操作人员的操作难度，解决了由操作的原因导致未击中目标作战对象的情况，提高使用的稳定性。而且可以将人在回路模式普适至每个普通人，而不是只有专业射手才能操作。
66.进一步地，空地导弹发射离轨后，导弹根据惯性组合导航进行中制导飞行，导引头处于电锁模式，红外成像导引头将视场图像数据进行编码和压缩，图号以及遥测信息存储至每幅图的第一行，一幅红外图像为640*512个像素，每个像素数据为1字节，即每幅图像第一行640个字节用于存储图号和遥测信息，图像压缩板不对视场图像的第一行数据进行压缩。通过弹载数据链和机载数据链将视场图像数据传回地面工作站，图像处理软件将视场图像数据解压后，点选软件将视场图像实时显示。
67.在一个示例中，地面操作人员通过所述地面工作站在视场图像中点选出目标战斗对象对应框区；
68.点选信息包括点视场图像对应的图号和击位置对应的像素值。
69.在一个示例中，根据点选信息锁定目标战斗对象包括：
70.根据图号，推算出视场图像的下发时刻和当前时刻的导弹状态变化情况；
71.基于导弹状态变化情况，根据点击位置对应的像素值判断目标战斗对象所在的框区，并锁定所述目标战斗对象。
72.具体地，导引头根据回传的图号可以推算出该张视场图像下发时刻与当前时刻导弹状态变化情况，再判断像素值位于哪一个对应框内，从而完成对目标作战对象的捕获，根据目标作战对象类型，实现自主跟踪该目标作战对象的形心。若射手5秒内没有完成点选，则导引头自主选择相似度最高的目标作战对象进行跟踪。同时，导引头能够适应数据链的延时，导引头从开始捕获至导引头捕获目标作战对象的过程中，导弹依靠惯性组合导航进行制导。
73.进一步地，基于导弹状态变化情况，根据点击位置对应的像素值判断目标战斗对象所在的框区，并锁定所述目标战斗对象，引导头可以判断出点选的像素值坐标在不在框内。
74.在一个示例中，作战对象为车辆、坦克、建筑和舰船的至少其中之一。
75.在一个示例中，地面工作站包括解压模块和显示模块，其中，
76.解压模块用于对压缩的视场图像进行解压；
77.显示模块用于实时显示解压的视场图像。
78.在一个示例中，在点选失败时，基于装订的所述作战对象，通过自主识别捕获算法自动跟踪所述目标战斗对象的目标形心。
79.实施例1
80.以对地模式为例，如图1所示，一种导引头捕获跟踪目标的方法，包括：
81.导弹发射前，执行以下操作：
82.装订作战对象以及红外图像模板；
83.导弹离轨后，当导弹与作战对象之间的距离为红外成像导引头作用距离时，执行以下操作：
84.采集作战对象的视场图像；
85.基于装订的红外图像模板，通过模版匹配从作战对象的视场图像中提取出多个高相似度作战对象，并框选出每个高相似度作战对象对应框区；
86.将框选出每个高相似度作战对象对应框区的视场图像发送至地面工作站；
87.通过地面工作站在视场图像中点选出目标战斗对象对应框区，并将点选信息传输回所述导引头；
88.导引头根据点选信息锁定目标战斗对象并跟踪目标战斗对象的形心；
89.基于装订的作战对象，通过自主识别捕获算法自动跟踪目标战斗对象的目标形心；
90.判断导弹是否偏离目标战斗对象，如果是则通过地面工作站点选出目标战斗对象对应框区以使导弹捕获并跟踪目标战斗对象的目标形心。
91.其中，装订作战对象以及红外图像模板包括：
92.通过无人机机载火控系统装订作战对象；
93.通过无人机机载光电吊舱装订红外图像模板，其中，作战对象设于红外图像模板的中心位置。
94.其中，如图4所示，将框选出每个高相似度作战对象对应框区的视场图像发送至地面工作站包括：
95.导引头将框选出每个高相似度作战对象的视场图像进行编码，并将编码后的视场图像发送至弹载数据链；
96.弹载数据链对编码的视场图像进行压缩，并将压缩的视场图像发送至无人机载数据链；
97.无人机载数据链将压缩的视场图像转发至地面工作站。
98.其中，地面操作人员通过所述地面工作站在视场图像中点选出目标战斗对象对应框区；
99.点选信息包括视场图像对应的图号和点击位置对应的像素值。
100.其中，根据点选信息锁定目标战斗对象包括：
101.根据图号，推算出视场图像的下发时刻和当前时刻的导弹状态变化情况；
102.基于导弹状态变化情况，根据点击位置对应的像素值判断目标战斗对象所在的框
区，并锁定目标战斗对象。
103.实施例2
104.以对地模式为例，如图2所示，一种导引头捕获跟踪目标的方法，包括：
105.导弹发射前，执行以下操作：
106.装订作战对象以及红外图像模板；
107.导弹离轨后，当导弹与作战对象之间的距离为红外成像导引头作用距离时，执行以下操作：
108.采集作战对象的视场图像；
109.基于装订的红外图像模板，通过模版匹配从作战对象的视场图像中提取出多个高相似度作战对象，并框选出每个高相似度作战对象对应框区；
110.将框选出每个高相似度作战对象对应框区的视场图像发送至地面工作站；
111.通过地面工作站在视场图像中点选出目标战斗对象对应框区，并将点选信息传输回所述导引头；
112.在点选失败时，基于装订的作战对象，通过自主识别捕获算法自动跟踪目标战斗对象的目标形心。
113.其中，其中，装订作战对象以及红外图像模板包括：
114.通过无人机机载火控系统装订作战对象；
115.通过无人机机载光电吊舱装订红外图像模板，其中，作战对象设于红外图像模板的中心位置。
116.其中，将框选出每个高相似度作战对象对应框区的视场图像发送至地面工作站包括：
117.导引头将框选出每个高相似度作战对象的视场图像进行编码，并将编码后的视场图像发送至弹载数据链；
118.弹载数据链对编码的视场图像进行压缩，并将压缩的视场图像发送至无人机载数据链；
119.无人机载数据链将压缩的视场图像转发至地面工作站。
120.其中，地面操作人员通过所述地面工作站在视场图像中点选出目标战斗对象对应框区；
121.点选信息包括视场图像对应的图号和点击位置对应的像素值。
122.具体地，若地面操作人员在预设时间内未完成点选，则引导头通过自主识别捕获算法自动跟踪目标战斗对象的目标形心。
123.实施例3
124.以对海模式为例，如图3所示，一种导引头捕获跟踪目标的方法，包括：
125.导弹发射前，执行以下操作：
126.装订作战对象以及红外图像模板；
127.导弹离轨后，当导弹与作战对象之间的距离为红外成像导引头作用距离时，执行以下操作：
128.采集作战对象的视场图像；
129.基于装订的红外图像模板，通过模版匹配从作战对象的视场图像中提取出多个高
相似度作战对象，并框选出每个高相似度作战对象对应框区；
130.基于装订的作战对象，通过自主识别捕获算法自动跟踪目标战斗对象的目标形心。
131.以上经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

技术特征：
1.一种导引头捕获跟踪目标的方法，其特征在于，包括：导弹发射前，执行以下操作：装订作战对象以及红外图像模板；所述导弹离轨后，当所述导弹与所述作战对象之间的距离为红外成像导引头作用距离时，执行以下操作：采集所述作战对象的视场图像；基于装订的所述红外图像模板，通过模版匹配从所述作战对象的视场图像中提取出多个高相似度作战对象，并框选出每个所述高相似度作战对象对应框区；将框选出每个所述高相似度作战对象对应框区的所述视场图像发送至地面工作站；通过所述地面工作站在所述视场图像中点选出目标战斗对象对应框区，并将点选信息传输回所述导引头；所述导引头根据所述点选信息锁定所述目标战斗对象并跟踪所述目标战斗对象的形心；判断所述导弹是否偏离所述目标战斗对象，如果是则通过所述地面工作站点选出所述目标战斗对象对应框区以使所述导弹捕获并跟踪所述目标战斗对象的目标形心。2.根据权利要求1所述的导引头捕获跟踪目标的方法，其特征在于，所述装订作战对象以及红外图像模板包括：通过无人机机载火控系统装订作战对象；通过所述无人机机载光电吊舱装订红外图像模板，其中，所述作战对象设于所述红外图像模板的中心位置。3.根据权利要求1所述的导引头捕获跟踪目标的方法，其特征在于，所述将框选出每个所述高相似度作战对象对应框区的所述视场图像发送至地面工作站包括：所述导引头将框选出每个所述高相似度作战对象的所述视场图像进行编码，并将编码后的视场图像发送至弹载数据链；所述弹载数据链对所述编码的视场图像进行压缩，并将压缩的视场图像发送至无人机载数据链；所述无人机载数据链将所述压缩的视场图像转发至所述地面工作站。4.根据权利要求1所述的导引头捕获跟踪目标的方法，其特征在于，地面操作人员通过所述地面工作站在所述视场图像中点选出所述目标战斗对象对应框区；所述点选信息包括所述视场图像对应的图号和点击位置对应的像素值。5.根据权利要求4所述的导引头捕获跟踪目标的方法，其特征在于，所述根据所述点选信息锁定目标战斗对象包括：根据所述图号，推算出所述视场图像的下发时刻和当前时刻的导弹状态变化情况；基于所述导弹状态变化情况，根据所述点击位置对应的像素值判断所述目标战斗对象所在的框区，并锁定所述目标战斗对象。6.根据权利要求1所述的导引头捕获跟踪目标的方法，其特征在于，所述作战对象为车辆、坦克、建筑和舰船的至少其中之一。7.根据权利要求3所述的导引头捕获跟踪目标的方法，其特征在于，
所述地面工作站包括解压模块和显示模块，其中，所述解压模块用于对所述压缩的视场图像进行解压；所述显示模块用于实时显示解压的所述视场图像。8.根据权利要求1所述的导引头捕获跟踪目标的方法，其特征在于，还包括：在点选失败时，基于装订的所述作战对象，通过自主识别捕获算法自动跟踪所述目标战斗对象的目标形心。

技术总结
本发明公开了一种导引头捕获跟踪目标的方法，包括：装订作战对象以及红外图像模板；采集作战对象的视场图像；通过模版匹配从作战对象的视场图像中提取出多个高相似度作战对象，并框选出每个高相似度作战对象对应框区；将框选出每个高相似度作战对象对应框区的视场图像发送至地面工作站；通过地面工作站在视场图像中点选出目标战斗对象对应框区；导引头根据点选信息锁定目标战斗对象并跟踪目标战斗对象的形心；通过自主识别捕获算法自动跟踪目标战斗对象的目标形心；判断导弹是否偏离目标战斗对象，如果是通过地面工作站点选出目标战斗对象对应框区。本发明的方法将三种捕获方式的优点进行耦合，大大提高了红外导引头远距离捕获目标的概率。获目标的概率。获目标的概率。


技术研发人员：何君 张新伟 舒胜 郝治国 王玲 曾立科
受保护的技术使用者：彩虹无人机科技有限公司
技术研发日：2022.01.28
技术公布日：2022/5/25