汪阳，黄克明，胡军

(解放军炮兵学院，安徽 合肥230031)

目前对地面火炮等常规兵器的校正射击和毁伤评估，多采用火炮观察所人工逼近作业和以无人机、侦察炮弹为平台的可见光电视侦察校射等手段，而这些侦察校射手段都存在一定的局限性:人工作业速度慢，其观测结果易受人为因素干扰;可见光电视侦察校射受天气影响较大等。

与可见光探测技术相比，紫外探测技术起步相对较晚，但由于紫外探测属于无源探测，隐蔽性好，且具有虚警率低、不需低温冷却、凝视和探测器体积小、质量轻等优点，正逐步受到各国军方的重视。目前，通常采用的目标紫外探测设备是日盲型增强型电荷耦合器件(日盲紫外ICCD)，探测波段为200～290 nm 的紫外光，且被探测的目标多为较远距离探测，这样一来，目标紫外成像具有其他光谱成像所不具备的特点。

炮弹炸点虽然成像时间较短，但具有较强的紫外辐射，便于紫外探测器在较远距离获取。另外，日盲紫外光炸点图像可消除日光和其他光谱的干扰，获得清晰的紫外光炸点图像，而可见光则包含有丰富的成像背景信息，通过对二者的融合便可实现炸点的较精确定位。本文正是基于这样的思路，提出一种基于炸点紫外成像融合的火炮侦察校正射击的方法。

1 炮弹炸点紫外图像的预处理

1.1 对目标落弹区炸点紫外成像的降噪处理

图1和图2分别为利用紫外辐射成像仪探测到的4 门火炮一次齐射炸点的可见光图像和紫外图像。

由于每个炸点紫外辐射成像的持续时间很短(约为0.16 s，4 帧)，另外，这4 个炸点的位置是固定的，而噪声则是随机出现的，为此，将这4 个炸点的多帧紫外图像的关联性进行前后的图像融合，并根据前后帧炸点紫外图像的关联性进行图像融合，并在频域内采用3 阶Butterworth 低通滤波器对目标的紫外辐射图像进行降噪，处理结果如图3所示。

通过降噪处理，原紫外图像的噪声明显下降，突显了目标的有效图像信息，为下一步处理奠定良好基础。

图1 炸点的可见光图像Fig.1 Burst point visible image

图2 炸点的紫外图像Fig.2 UV image of burst points

图3 频域滤波降噪后的图像Fig.3 Denoised image after Frequency domain filtering

1.2 对各炸点紫外成像进行边缘提取和灰度质心计算

对降噪后的目标区炸点紫外图像进行图像分割，分别进行边缘提取、灰度质心计算等图像预处理，然后再与可见光图像进行小波图像融合。其图像处理和融合结果如图4、图5所示。

图4 边缘提取与灰度质心计算处理后图像Fig.4 Centroid of edge extraction and image after computing

图5 处理后图像与可见光图像小波融合Fig.5 Wavelet fusion of processed image and visible light image

2 基于紫外成像观测的炮弹炸点修正量计算

由图5可知，4发炮弹炸点的灰度质心(图5中的黑点)与预先设定的目标点在方向和距离上均有偏差。为此，需要通过一定方法读出炸点相对于目标点在方向和距离上的偏差量，并转换成火炮射击诸元的修正量，然后再进行第2 轮射击。

2.1 基于紫外图像处理的炸点偏差量计算

根据实验的镜头参数:焦距f' =105 mm，视场角2ω=9°，F 数为4.5，物镜成像范围3 m～∞，图像分辨率为720 像素×486 像素，以及由激光测距机测定的观察所至目标中心点的距离为1 500 m，可计算出4 个炸点相对于预设目标点在方向和距离上的偏差量，进而由预设目标点的坐标求得4 个炸点的坐标。

2.2 炸点修正量的计算

炸点修正量是与炸点偏差量对应的射击诸元改变量，包括距离修正量ΔD(m)、方向修正量ΔF(mil)和炸目高差修正量ΔHc(mil)，如图6所示。

图6 炸点修正量组成示意图Fig.6 Sketch of burst point correction

由于测定炸点的方向、距离偏差量，是测定其对某一坐标系的方向、距离分量，所以只有根据以目标为原点、以炮目线为纵轴的直角坐标系、即用炮目线法测定时，其距离偏差量与修正量才在数值上相等(方向修正量等于方向偏差量与方向比之积)，符号相反。

由图6可以求出炸点的坐标，设炸点的坐标为XZ，YZ，HZ，根据炮阵地坐标(XP，YP，HP)和炸点坐标，通过坐标逆运算，求得炮炸测地诸元:

式中:αPZ为P 点到Z 点的坐标方位角;DPZ为P 点至Z 点的距离;FPZ为炮目测地方向;αJ为基准射向坐标方位角;(ΔX ＜0)、(ΔY ＜0)、［(αPZ－ αJ)＞3 000］和［(αPZ－αJ)＜－3 000］均为逻辑表达式，其值为真取1、为假取0.

比较炮炸测地诸元与炮目测地诸元，得到相对炮阵地的炸目距离偏差ΔDZM，炸目方向偏差ΔFZM和炸目高差ΔHZM:

因此，得炸点修正量为:

式中:ΔXα为开始距离对应于高角变化1 mil 时的距离变化量，简称高变量，可由目标的开始距离和相应的装药号数在射表中查得;ΔHd为炮目高差10 m的高低修正量，可由目标的测地距离和相应的装药号数在射表中查得。

这样，根据已知炸点坐标、目标点坐标、炮阵地坐标和火炮的装药号数等参数，代入以上公式，即可计算出每个炸点的修正量，达到校正射击的目的。

表1列出了基于紫外图像计算的炸点修正量与实际炸点修正量。比较表1的数据可知，基于紫外图像计算的炸点修正量的误差均在精度要求以内，完全能够满足火炮等打击兵器校正射击的要求。

表1 炸点修正量与实际炸点修正量对比Tab.1 Comparison of burst point correction and actual correction

3 结论

本文利用日盲区紫外成像的独特优点，通过获取的火炮射击目标落弹区的紫外图像与可见光图像的融合，提出并研究了一种新的火炮校正射击的方法，实际观测实验结果表明:通过紫外成像探测落弹区的炸点偏差，计算炸点修正量进行火炮射击的校正是可行的，其误差也能够保持在火炮射击精度范围之内，达到了预期效果，也为校正火炮射击增加了一种简易可行的方法。

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