何芷滢，方向，张卫平
（解放军理工大学野战工程学院，江苏，南京，21007）
摘要：针对目前我军装备的某型火箭布雷车在不同气候、不同环境、不同地域作战抛撒出去的地雷无法得到明确的较为准确的雷场目标信息反馈这一明显不足，提出了一种新型火箭布雷信息化系统设计。该方法通过部分改装地雷，在现有地雷改动不大的基础上，通过使用高分辨率相机和GPS实现直观有效的获知地雷分布图像。实验表明，该方法简明有效，可用于火箭布雷雷场信息反馈。
关键词：远程火箭布雷系统；GPS;信息反馈；光学摄影
A New Type of Laughing Mine by Rocket
Informatization System Design
The rocket mine car in different climate, different environment, different area of operations throw went out to sow mines can not be clearly more accurate minefield target information feedback, this paper puts forward a new type of rocket bray information system design. Experiments show that the method is concise and effective, can be used for the rocket minelaying minefield information feedback.
Keywords: The mine long-range rocket system,GPS,Information feedback，Optical film.
0 引言
目前，我军装备的火箭布雷车在不同气候、不同环境、不同地域作战抛撒出去的地雷无法得到较为准确的具体雷场分布信息反馈。我们可以在所有地雷上安装GPS定位器以期可以直接获得每发地雷的具体坐标，但是这样做经费显然不允许。当然，在有条件时，也可以通过结合实验地点的天气状况或是利用其它实验器材如经纬仪、架设方向盘等方法结合大规模的计算得出地雷落点坐标，但是这在实际作战中不可能实现。对于如何迅速得到雷场分布图像，判断雷场是否真正分布在预定的区域、雷场密度进而判断是否需要再次布雷，本文提出了一种新型火箭布雷信息化系统设计。而作者认为，确认己方布设的地雷场信息和探测敌方已布设的雷场信息其实有着很大的相似程度。并且作者查阅了目前几乎所有的期刊资料，都没有找到一种行之有效的具体对雷场目标分布的信息反馈方法，那么，我们不妨借用雷场探测的方法来进行我们自己的雷场信息反馈，在施行方面更加简便。
1 理论基础
在雷场探测方面，美军一直处于世界领先地位。美国陆军机动研究发展部在1978年牵头制定了远距离雷场探测工作计划。其后, 在1978年7月和1979年2月连续召开两次雷场探测专家工作组会议。对现有的各种用于雷场探测的装备的可行性、实用性进行了分析，并且列举了一些很有潜力的探测装备，建议列入科研计划。其中, 又从光电、红外探雷技术的研究给与了高度重视。会后,由美国陆军机动装备研究发展部负责全面指挥研制工程，美国陆军工程兵主任办公室下属的水道实验时协调合作，进行探雷试验工程。
在这之后,美军与1981年对采用航空摄影的手段进行雷场探测作了探索。对航空摄影获得的图像进行了技术分析。肯定了这种方法，证明了在一定的天气情况下可发现布设在地面的地雷。[1]那么，我们是否可以大胆假设，加入我们在布雷的时候，在雷场刚刚形成的短期时间内，让地雷发光利于辨认，从空中利用高分辨率相机对雷场进行拍摄，将拍到的照片传回指挥部，通过简单计算，是否可以较为精准的得到雷场的具体分布？
而在图像处理方面，我们需要在获得的图片中选取合适的图片以及其对应的数据，然后用MATLAB对图片进行图像处理。本文中提到的图像处理方法是：降低图片亮度以及灰度，提高对比度，然后对图片进行锐化处理和边缘性检测，在利用发光LED与拍摄得到的图片作相关匹配，将目标地雷点提取出来，将提取出的点连线再进行后期技术。[2-8]利用MATLAB进行图像处理技术现已日臻完善，在此本文不作具体研究，只需要利用函数工具箱即可完成。
2改装设想
基于以上设想，本文提出了一种改装地雷的方法。在LED颜色选择方面，根据瑞利散射，光的散射光线的强度与该种光波波长的四次方成反比,也就是说，波长越长，散射越弱；波长越短，散射越强 [29],即波长长的光更不容易被散射,由于实验用LED的光强必须足够大，考虑到便于得到和区分，我们选择黄光和红光。
基于某型火箭布雷车的系统特性，将布雷弹中携带的地雷分为A、B、C三种。见下图1。A型地雷上安装数码照相机，降落伞伞面增大；B型地雷安装GPS定位仪和红光LED，GPS用以确定该地雷本身的绝对坐标和它们之间的相对位置和比例尺；C型上全部安装黄光LED。A型地雷由于其降落速度较慢，在下降过程中就可以对布雷区域进行拍摄，照片压缩后传回地面指挥中心，进行图像处理、数据计算后可得知雷场具体分布。改装后整体动作流程见下图2。那么，该方法是否可行需要实验以及计算验证。
图1 改装地雷示意图
图2 布雷弹动作流程
3 实验验证
基于某型火箭布雷车定型时布设的雷场特性[7-8]，选择一块大约600m*800m的空地，按照中间稍密集、四周稍分散（模拟正态分布）的方式布设十颗“地雷”。“地雷”用简易LED电路代替（见下图3）。用麦哲伦海王星500E GPS手持机测出每个点的具体经纬度（可精确到小数点后面六位），用以之后计算验证，具体数据见下表1。用MATLAB画出实际分布图以便于后面比对，见下图5。图5是为以赤道为x轴，本初子午线为y轴，建立直角坐标系的十个点实际分布图。
在实际布设场地，为了方便拍摄和便于后期图片处理，利用无人机自带GPS定位系统，带着无人机按照大致的雷区走一遍，无人机的GPS记住路径后，分别用一个广角和一个定焦镜头分别在最高500米和最高1000米的高空以及上升下降过程中对既定区域进行拍摄，获得无人机传回数据以及图片以便后期处理计算。镜头型号为索尼E2.8/16和E1.8/50。
表1 布设地雷实际坐标
|
序号 |
北纬（︒N） |
东经（︒E） |
序号 |
北纬（︒N） |
东经（︒E） |
|
A |
31.994921 |
118.988272 |
B |
31.994763 |
118.988594 |
|
C |
31.996122 |
118.988900 |
D |
31.993320 |
118.989415 |
|
E |
31.992333 |
118.988879 |
F |
31.993495 |
118.988876 |
|
G |
31.993662 |
118.987663 |
H |
31.993403 |
118.990930 |
|
I |
31.994735 |
118.991067 |
J |
31.994685 |
118.990315 |
图3 简易LED电路模拟地雷 图4 拍摄用无人机
图5 实际布设坐标图
4 图像处理计算
实际传回的数据及图片多达千余条，在此选取其中一张图片进行分析。见下图6。从选取图片不难看出，采用广角镜头在高空拍摄可以看到所有标志点，但是看不清LED灯光，并且也不能保证真实抛撒时，带有照相机的地雷缓慢下降开始拍摄时其余所有地雷均落地或者可以拍摄到灯光，但是这并不妨碍我们假设此时地雷已经全部分布完毕以计算、验证距离精度和误差。而拍摄高度较低时（100m~200m）采用定焦镜头可以清晰地分辨出黄色、红色光点。以图6为例，现将图片亮度降低至-105，灰度降低至-100，图片锐化、边缘性检测和相关匹配指挥即为图7，为了方便计算，将图7中所有提取出的点分别与A和B连线（利用三角函数做简便计算即可）即为图8。将图8中A、B、G三点单独提取出来为例计算，即为图9。
图6 原始图片 图7 处理后图片
图8 整体连线图 图9 单独提取A、B、G
以图9为例中，由上至下点为G、B、A，由现场实测可知坐标：
G点：31.993662︒N，118.987663︒E
B点：31.994763︒N，118.988594︒E
A点：31.994921︒N，118.988272︒E
假设已知A点和B点坐标，拍摄高度857米，通过图片比例，可通过初等数学便轻易得到G点坐标。
代入数据计算，可知图8对应比例为1.96×10-6。省略计算过程，计算得出其余八点坐标如下表2所示。
表2 计算得地雷坐标
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序号 |
北纬（︒N） |
东经（︒E） |
北纬误差（﹪） |
东经误差（﹪） |
地理误差（m） |
|
C |
31.996127 |
118.988901 |
1.56×10-5 |
8.40×10-6 |
1.56 |
|
D |
31.993324 |
118.989419 |
2.25×10-6 |
3.36×10-6 |
0.95 |
|
E |
31.992330 |
118.988874 |
1.38×10-5 |
4.65×10-6 |
1.58 |
|
F |
31.993497 |
118.988870 |
6.25×10-5 |
5.04×10-6 |
1.61 |
|
G |
31.993665 |
118.987633 |
9.38×10-6 |
2.52×10-5 |
2.85 |
|
H |
31.993407 |
118.990931 |
8.78×10-7 |
2.52×10-7 |
0.66 |
|
I |
31.994736 |
118.991066 |
7.25×10-6 |
3.24×10-6 |
1.13 |
|
J |
31.994683 |
118.990318 |
6.26×10-6 |
2.52×10-5 |
1.36 |
同样用MATLAB在同一坐标系中将计算得到的点标出，见下图10。可以看出，图中红色星号代表的实际布雷点与绿色菱形代表的计算布雷点几乎重合，但是由于坐标系是以整个地球为参照的，实际上误差还是比较大，数据如上。但是，这样的信息已经足够我们对下一步作战行动作出判断了。
图10 MATLAB模实际与计算点误差
3 结论
按照以上计算和图片对比可以验证实际地雷落点地理位置距离按图片计算的落点误差在可控范围内。
而在验证地雷分布是否符合战场战术要求方面， 由于本实验“地雷”布设是人为按照理论抛撒模型布置，并未进行真实火箭布雷车抛撒布雷，因此无法通过实验验证地雷分布是否在经过不同的天气状况、地形因素等不可人为控制的外在条件的影响下是否还会按照正态分布撒布，但是，由于上面已经计算出可以找出的每颗地雷的地理坐标，只要就坐标进行计算研究，便可知其分布规律，以及分布密度等。
实验及技术验证改装方案可行。
参考文献：
[1]庞悦,穆荣.国外远距离雷场探测研究现状及发展趋势[J].现代兵器：1991（10）.
[2]曹健.基于局部特征的图像目标识别技术研究 [D].北京理工大学博士学位论文.
[3] 赵忖.基于 DSP/ARM 的图像增强技术 [D].大庆石油学院硕士学位论文.
[4] 陶程. 基于高分辨率雷达图像的目标识别[D].华中科技大学硕士学位论文.
[5]李维山.智能雷场位置信息融合及目标识别[D].南京理工大学硕士学位论文.
[6] 刘通.某型布雷武器交流伺服系统控制器研究[D].南京理工大学硕士论文 .
[7] 总装备部工程兵军代局.新型火箭布雷车武器系统[M].北京：2011.
[8] 编委会．地雷爆破装备设计[M]．北京：兵器工业出版社，2008:253-262.
