戰斧巡航導彈的導引系統：圖像匹配應用

原標題：戰斧巡航導彈的導引系統：圖像匹配應用

來源：高端裝備發展研究中心／太陽谷

「戰斧」式巡航導彈（Tomahawk Cruise missile）簡介

「戰斧」式巡航導彈是美軍最常用的一款防區外打擊武器。導彈長5.56米，起飛重量1.2噸，按照實際用途不同，其作戰距離和彈頭裝藥量也不同，射程最大達2500公里，最大時速達891公里，攻擊精度2000公里不超過10米。除了導彈自身塗刷有特殊塗料可吸收雷達波外，其自身雷達反射面積同樣很小，再加上在其海上7-15米、陸上平坦地區60米以下、山地150米的巡航高度，戰斧」式巡航導彈具有強大的低空突防能力。

2015年，美國海軍的戰斧巡航導彈成功刺穿正在移動的金屬集裝箱，這標誌著美軍將遠程武器應用於移動目標技術的進一步提升。

「戰斧」式巡航導彈未來發展方向

地形輪廓匹配（TERCOM）——從圖像匹配說起

「戰斧」式巡航導彈的產生得利於科技的發展。上世紀五十年代美國首先研製出地形輪廓匹配（Terrain Contour Matching，TERCOM）導引系統，體積比過去的使用雷達做為地形比較的導引系統要小且輕，但是在精確度上有大幅的提升，也因此成為美國兩款巡航導彈的導引系統。

圖像匹配是指將兩個不同感測器對同一景物攝取下來的兩幅圖像在空間上對準，以確定出這兩幅圖像之間相對平移的過程?隨著科學技術的進步，圖像匹配技術己經成為信息圖像處理領域中極為重要和基本的技術。

地球表面的山川?平原?森林?河流?海灣?建築物等構成了地表特徵性狀，這些信息一般不隨時間和氣候的變化而變化，也難以偽裝和隱蔽?利用這些地表特徵信息進行的導航方式稱為圖像匹配導航。預先將飛行器經過的地域，通過大地測量?航空攝影?衛星攝影或已有的地形圖等方法將地型數據（主要是地形位置和高度數據）製作成數字化地圖，儲存在飛行器的計算機中，這種地圖稱為原圖。

Tomahawk flight diagram

飛行器在飛越己經數字化的預定空域時，其上的探測設備再次對該區域進行測量（錄取），取得實際的地表特徵圖像，將實時圖與預先存儲的原圖進行比較，由此可以確定飛行器實際飛行的地理位置與標準位置的偏差，用以對飛行器進行導航。

圖像匹配又分為景象匹配和地形匹配導航。地形匹配導航是以地形高度輪廓為匹配特徵，通常用無線電高度表測量沿航跡的高度數據，與預先獲得的航道上的區域地形數據比較，若不一致，表明偏離了預定的飛行航跡?這種方式是一維匹配導航，適合于山丘地形的飛行?單純的地形數據不能提供地理坐標位置，匹配導航必須與其他導航方式進行組合，如地形/慣性組合導航，就是由慣性導航系統提供地理位置信息，利用地形匹配修正慣性導航的誤差，以提高定位精度。

作為地形匹配導航系統採用的典型地形匹配方法，地形輪廓匹配（TERCOM）即地形高度相關方法的導航精度高達10~300m，抗干擾能力強，雖然實時性和機動性差，但卻適合巡航導彈的飛行特點，並已成功應用於...地形匹配製導雷達利用存貯參考地圖與實際地形相比較，確定導彈的位置.必要的話，導彈就會改變路線。

「戰斧」式巡航導彈地形輪廓匹配過程示意圖

而景象匹配導航是以一定匹配的地表特徵，採用攝像等圖像成像裝置錄取飛行軌跡周圍或目標附近地區地貌，與存儲在飛行器上的原圖比較，進行匹配導航。景象匹配屬於二維匹配導航，可以確定飛行器兩個坐標的偏差，適合於平坦地區。原理與地形匹配是類似的，兩者的差別在於，景象匹配是在一定範圍內，將實時圖與網路化的數字地圖逐格進行匹配，找出原因與實時圖相似度最大的部分區域，來估計飛行器的地理位置。

在導彈的制導中，巡航導彈和彈道導彈在經過遠距離飛行，到達目標區後，通過從高空攝取地面的實時圖像，並將所攝取的實時圖像與彈上計算機中事先存儲的地面圖像比較，採用景象匹配技術進行末制導，修正飛行軌跡和偏差。

景像匹配導航需要在使用前預先製作大量數字化地圖?對於導彈這樣的武器系統，在出廠時是無法預先知道在哪裡使用的，必須在使用前臨時安裝航線和目標附近的數字化地圖。

「戰斧」式巡航導彈可以從水面艦艇發射，也可以從潛艇發射?導彈在海面上採用慣性制導系統，按程序控制飛行?進入陸地後巡航高度在60m以下，在崎嶇山區可增至150m，這時採用地形匹配導航，進行航線修正和地形迴避。

進入目標區後，採用景象匹配確定出導彈的當前位置，或者偏離預定位置的縱向和橫向偏差，從而完成導彈的尋的導航和目標末制導，精確修正飛行軌跡，提高命中精度

「戰斧」式巡航導彈的數字場景匹配區域關聯制導系統結構

國內數字場景匹配區域關聯制導技術發展

據國內軍事媒體分析，國內的巡航導彈也應用了數字場景匹配區域關聯制導系統。長劍-20（AKD-20）作為中國空軍第一款遠程空射巡航導彈，推測目前的AKD20具有較為完善的制導系統，包括慣性/GPS導航系統，地形匹配導航系統以及數字場景匹配區域關聯制導系統。其中慣性導航系統(INS)較為成熟，其核心為激光陀螺，精度較高，但是隨著飛行時間的增長其漂移誤差會累積，因此需要用GPS來修正。

採用DSMAC的戰斧巡航導彈，注意彈體下方的光學窗口

注意AKD-20彈頭處的光學窗口

由於KD20巡航導彈的射程較遠加上GPS信號容易被干擾，慣性/GPS導航系統無法保證遠程飛行的導航精度，所以KD20在巡航中段同時也採用了地形匹配導航系統(TERCOM)。該系統主要由雷達高度表測量相對於地面的飛行高度來獲取地形起伏的數據，通過該數據與導彈上儲存的數字地形圖相匹配來對導彈進行定位。地形匹配導航系統的缺點在於飛行航線上地形起伏必須要有足夠的差異，因而該系統在平原沙漠地區其可靠性會有所降低，而在大洋中基本上無效。

由於地形匹配導航系統無法對目標進行精確定位，KD20在其飛行末段採用了數字場景匹配區域關聯制導系統(DSMAC)。該系統利用紅外成像攝像頭或CCD電視攝像頭獲取末段地形以及目標的圖像，並將其與導彈上儲存的數字圖像進行匹配，從而能夠對目標進行精確定位，最大限度地消除了慣性和地形匹配導航系統的誤差。KD20巡航導彈通過採用多種制導手段進行取長補短，大幅提高了其命中精度，使其具備了對千里之外的某座建築或橋樑等特定目標進行定點清除的能力，制導系統達到了國際先進水平(相當於戰斧Block III)。

日本若獲「戰斧」巡航導彈將打破東北亞戰略平衡

作者：慕小明

9月5日，正在印度訪問的日本自民黨總裁外交特別助理河井克行表示，「已經到了應認真討論讓自衛隊擁有中程彈道導彈和巡航導彈的時候了。」實際上，今年5月就有日本政府官員透露，日本政府正考慮引進「戰斧」巡航導彈，以對朝鮮的導彈基地實施先發制人的打擊。

日本引進「戰斧」巡航導彈並非一廂情願。2013年，美日兩國就開始討論向日本提供「戰斧」巡航導彈的可能性。據日本媒體9月9日報道，特朗普政府正在研究向日本擴大武器出口範圍，有可能向日本提供包括「戰斧」巡航導彈在內的進攻性武器。

美國一直將「戰斧」巡航導彈視為「准戰略武器」而刻意限制其出口，此前只向英國出售過。此番美國計劃向日本提供「戰斧」，自有其多重考量。從技術水平來看，由於超高聲速打擊武器已成為美軍裝備發展的重要方向，飛行速度只有0.8馬赫左右的「戰斧」巡航導彈已經過時。

另外，美國正計劃對庫存的3250枚「戰斧」巡航導彈進行升級，預計共需8.1億美元的改裝費用。由於經費原因，目前美國國會還沒有批准這個項目。這或許也是美國軍工複合體推動特朗普政府向日本出售「戰斧」巡航導彈的原因之一。

「戰斧」巡航導彈由美國通用動力公司1972年開始研製，在1991年的海灣戰爭中一戰成名。根據不同軍種的具體需求，美軍又陸續研發了陸攻型、反艦型等多種型號。按照對陸攻擊型「戰斧」巡航導彈1300公里的射程計算，從日本海發射的「戰斧」可覆蓋朝鮮半島全境和更遠的地區。近年來，美軍對「戰斧」巡航導彈做了一系列技術升級，進一步提高了其對海上移動目標的打擊能力。

鑒於對陸攻擊型「戰斧」導彈的進攻性過強，造成軍事衝突失控的風險極大，美國能否向日本提供此型「戰斧」巡航導彈尚存疑問。在多型「戰斧」巡航導彈中，最可能提供給日本的是對海攻擊型「戰斧」巡航導彈。

由於日本沒有戰略轟炸機這樣的空中發射平台，所以日本只可能為海上自衛隊引進潛射或艦射型的「戰斧」巡航導彈。目前來看，日本海上自衛隊的8艘「蒼龍」級和10艘「親潮」級潛艇都具備發射潛射巡航導彈的能力，而其兩艘「愛宕」級和4艘「金剛」級「宙斯盾」驅逐艦也裝備了能夠發射艦射型「戰斧」巡航導彈的MK41垂直發射系統。按照美軍標準，一艘「宙斯盾」驅逐艦通常可以搭載30枚「戰斧」巡航導彈。依此標準計算，日本海上自衛隊的6艘「宙斯盾」驅逐艦至少可以一次性搭載180枚艦射型「戰斧」巡航導彈，再加上18艘常規動力潛艇所搭載的潛射型「戰斧」巡航導彈，將大幅提高日本自衛隊進攻作戰能力。

日本引進「戰斧」，當前主要面臨的是法律障礙。如果日本擁有了這種進攻性武器，將進一步推翻日本的專守防衛政策，打破東北亞地區已有的戰略平衡，從而進一步加劇地區的緊張局勢，周邊國家都應對此保持高度警惕。

美國空軍的武庫機，攜帶72枚巡航導彈

來源：科羅廖夫

美國早在上世紀80年代曾提出過「武庫機」概念。美軍考慮將其現有的轟炸機或商業飛機（如波音747飛機），改裝成一架能夠攜載50~70枚導彈的飛行彈藥庫。但由於信息聯通和精確制導武器不足，以及大型飛行平台防護性能差等問題，最終放棄了該項目。

到了上世紀90年代，美國海軍提出武庫艦項目，要建造一批可攜帶數百枚導彈的大型水面艦艇，依靠艦隊其他艦艇的數據信息支援，對地面、海上或空中目標實施火力打擊。武庫艦最終並未建造，美國海軍僅對4艘俄亥俄級核潛艇進行了改裝，使其成為可攜帶多達154枚戰斧巡航導彈的發射平台，能在防區外為作戰行動提供強大的精確火力支援。「武庫機」概念的提出，其實就是將武庫平台的概念從海上延伸到空中。

B-1掛載

簡單來說，武庫機就是美國空軍一種腦洞大開的設想，就是把美軍現役轟炸機、運輸機乃至大型民航機改裝成「空中武器庫」——也就是所謂的空中武庫機，使其能夠裝載大量的、多種類型的精確制導彈藥，包括巡航導彈、空空導彈、小直徑炸彈等等。

武庫機的概念相當的簡單粗暴！冷戰時期，美軍就曾設想把B-1、C-17、波音-747改裝成能夠裝載六七十枚導彈的「飛行彈藥庫」。譬如B-1轟炸機，該機共有3個大型彈艙，最大載彈量達34噸，攜帶數十枚AIM-54A遠程空空導彈（443千克）毫無壓力，最多掛載6枚「不死鳥」的F-14顯然無法和它相提並論；

再以波音747為例，如果將其內部掏空，最多可以裝載72枚AGM-86遠程巡航導彈，搭載核彈頭在防區外發起打擊，後果簡直是毀滅性的。

不過，這個想法雖好但是項目最終卻被放棄了：一個是沒有那種作戰需求，運輸機或大飛機上裝載那麼多大殺器這是要對付誰？一個是這種大型飛行平台防護性能太差，一旦被擊中後果可想而知。

波音747「武庫機」想像圖

近些年來，美國空軍又重拾武庫機的概念，要從B-52、B-1戰略轟炸機以及C-17、C-130運輸機選擇一款機型，將其改裝為可攜帶多種型號常規彈藥的空中發射平台。當然了，還要與F-22/F-35隱形戰機聯網，實現協同作戰。隱形戰機的內置彈艙載彈量有限，使用現役可靠機型改裝武庫機能夠很好的彌補這一缺陷，而且成本也不會太大，但是實際使用上依舊會存在各種問題，比如協同作戰時存在的技術難題，比如體型龐大的武庫機本身生存性差的弱點。

隱身飛機出現以來，一直受困於彈倉面積狹小帶彈量少和外掛載彈量多不隱身的矛盾。早在海灣戰爭期間，F-117隱身飛機攻擊目標時必須攜帶激光制導炸彈，但卻僅能攜帶兩枚908千克炸彈，一個架次最多攻擊2個目標，作戰效損比太低。為此，美軍科學家開始謀求一種重量在110千克左右，能塞進F-22和F-35彈倉內大量攜帶的作戰武器，最終的成果就是SDB小直徑炸彈。

GBU-39小直徑炸彈重110千克，一個SDB系統有4枚GBU-39小直徑炸彈、載彈系統、任務系統和後勤支援系統組成，整套系統重664千克，長3.6米，寬0.4米，高0.4米，採取BRU-61/A四彈位彈架系統，具有彈倉電子系統和4個炸彈彈射裝置，該系統具備模塊化能力，可以和多種飛機集成。

小直徑炸彈讓美軍各種機型的帶彈量大大增加，其中F-15E能夠外掛20枚，F-16可掛載8枚，F-22和F-35單個內置彈倉可掛載8枚，外掛16枚。而當該武器配裝在轟炸機上更為可怕，B-1B轟炸機可攜帶288枚，著名的B-2轟炸機可以掛載192枚，B-52可攜帶144枚。

一架B-2隱身突防襲擊對方機場時，如果攻擊跑道目標，每個跑道按6個瞄準點計算，可直接癱瘓30多個機場。這相當於一個大國主要戰略方向的機場數量總和，如果攻擊雷達和導彈陣地，平均2枚攻擊一個目標，有效摧毀概率為80%，可摧毀76個目標雷達和地導目標會被摧毀，亦相當於一個大國戰區雷達、地導目標總和，一架B-2就能幹掉一個戰區，威力之大可想而知。有了小直徑炸彈，所有轟炸機無需改裝就能成為真正的武庫機。

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