收录于话题
导读：持续地面监视系统可以作为飞机、浮空器和无人机对部队防护措施的一部分，该系统通过采用广域运动成像(WAMI)、3D测绘相机、多光谱成像、地面监视雷达等技术，实现近实时广域探测、识别和认清难以发现的目标，近年来引入人工智能技术，使得系统的智能化程度不断提高，能够实现场景识别、行为分析、异常检测等功能。
0 引言
持续监视地面活动一直依赖雷达和观测数据。相机、雷达和其他电子传感器的集成实现了在特定区域内的单波段或多光谱监视。与依赖单传感器获得的信息提供给人工操作员检查的传统系统不同，持续监视能够通过自动化手段进行连续监视，就像一只“不眨眼的眼睛”通过不断分析传感器信息，这些系统可以检测早期威胁，甚至可以预防潜在问题，从而实现及时响应。持续监视系统可以全面了解监视区域，并深入了解潜在的敌对活动。先进的视频运动分析算法、人工智能（AI）和机器学习（ML）进一步增强了这些能力，使系统能够识别模式、检测异常并预测潜在威胁。
1 广域运动图像
广域运动图像是一种光学情报、监视和侦察（ISR）数据收集系统，通常安装在飞机、直升机、系留气球或无人机上。该系统是由多个先进的传感器和处理器组成的集成单元，能够昼夜持续检测和跟踪在整个城市大小的区域内移动的车辆和人，并将其编译成一个实时图像或视频。
（1）美国Logos公司Redkite-1 WAMI传感器
美国Logos公司提供一种名为Redkite-1的紧凑型广域运动图像有效载荷，后改型产品名为Cardcounter，具备红外成像能力，可实时追踪视场中车辆，并可将多个视频发送到地面手持设备，提升态势感知能力。该传感器专门为RQ-21A“黑杰克”无人机设计。Redkite-1采用了多模边缘处理器（MMEP），这是一种高性能处理器，可以将千兆字节的数据转换为带有地理标记的图像，在平台上存储长达8小时的任务数据。地面操作员还可以使用系统的实时和先前记录的图像进行情报收集和分析。
图1 Redkite-1传感器
此外，Logos公司于2021年9月推出了MicroKestrel新型广域运动图像传感器，用于小型、系留、多旋翼无人机。当系留无人机在60米空中悬停时，单个MicroKestrel成像覆盖面积达3平方千米，可以跟踪180°视野内车辆的移动。该传感器重量不足2.2千克，一些无人机可以容纳两个单元，每个单元指向不同的方向，可以获得两倍的覆盖区域和360°的视野。
（2）以色列埃尔比特公司“天空之眼”机载WAMI系统
2017年，以色列埃尔比特系统公司推出一款名为“天空之眼”（SkEye）的新型机载广域持续监视系统，允许用户以实时或“时光回溯”模式收集多达10个特定关注点的高分辨率信息。“天空之眼”（SkEye）主要由光电(EO)传感器、图像处理单元与数据储存单元组成，能将大量的实时图像拼接在一起进而提供一个高达10亿级像素、覆盖面积有80平方千米的实时区域画面。该系统还可以与地面监视系统一起使用，两套系统允许操作人员同时监视多个事件，获得全面的态势感知能力。
图2 搭载SkEye系统的Hermes 900无人机
（3）以色列航空航天工业公司新型持续监视系统（WASP）
2022年，以色列航空航天工业公司（IAI）推出了一种新型持续监视系统（WASP），该系统可提供昼夜特定区域移动目标的高分辨率态势感知图像。系统利用最先进的光电和红外传感器、人工智能算法和自适应规则引擎，以较高的重访率捕获大面积区域图像，实现对广域多个运动目标的跟踪、识别和告警。WASP利用三轴稳定装置，即使在平台移动和振动时，也可以采集清晰的图像。WASP的视场为52°×48°。实际面积和分辨率根据平台的工作高度而变化。重量为6.5千克（不包含DSP），WASP配置在一个紧凑、轻型的低功耗系统中，该系统可以搭载到战术无人机、固定翼和旋翼飞机以及系留气球的各种空中平台。
图3 WASP持续监视有效载荷搭载在一架“BirdEye”650D小型战术无人机上
（4）以色列拉斐尔公司“微晶”光电系统
2020年，以色列拉斐尔公司展示了“微晶”(Microlite)无人机光电系统，它是由拉斐尔公司自主研发、集成了多个传感器的小型有效载荷。“微晶”专为广域持续监视任务而设计，它为有人驾驶飞机、无人机、浮空器和观测气球提供情报、监视、目标搜索与侦察功能。该系统采用的万向架转台设计，进而形成全景的可视域。“微晶”重量仅有11千克，系统集成了高清彩色相机和高分辨率中波红外热像仪等，实现了对目标区域昼夜不间断的监视能力。此外，当发现可疑目标时，该有效载荷也可以用激光锁定目标。
图4 “微晶”光电系统
（5）美国的内华达山脉公司的“戈尔贡凝视”
为了应对21世纪初美国国防部对实时广域监视能力的迫切需求，美国内华达山脉公司（SNC）设计了“戈尔贡凝视”(Gorgon Stare)。经过二十多年的运行，“戈尔贡凝视”系统得到了显著的发展。2014年，新版本Gorgon Stare Increment 2在阿富汗服役，提供了更宽广的区域覆盖，该系统可以提供全天候不间断的监控，具有两个最先进的成像传感器，一个是由BAE系统公司制造的光电传感器（ARGUS-IS），另一个是集成美国Exelis公司制造的红外传感器。一次监测面积近51平方千米。ARGUS-IS即自主实时地面泛在监视成像系统，它融合了368台摄像机收集的数据，每台摄像机能够捕获500万像素，形成了约18亿像素的合成图像。ARGUS-IS能够从约5334米高空分辨出地面上最小约15厘米的物体。“戈尔贡凝视”还引入了人工智能，允许基于地理和行为等各种参数进行自动目标检测、分类和跟踪。
图5 “戈尔贡凝视”吊舱
2 3D测绘相机
高分辨率的地理标记图像可以转换为3D模型，向用户提供近乎实时的信息，并增强态势感知和作战计划。
2023年，以色列蓝鸟航空系统公司推出了MagiCam，这是一款高分辨率的3D广域测绘相机。当其部署在离地500米的小型无人机上时，二维覆盖面积可以达到40平方公里/小时，二维覆盖面积12平方公里/时。相机重量1.5千克。有效载荷包括一个分辨率为103 MP的传感器和一个机载图像处理计算机。地面采样距离（GSD）为3.2厘米/像素，该系统生成清晰、详细的图像，可以在着陆后数小时内转化为3D模型、地图或正射影像中的可操作的情报。为了汇编绘制地图所需的数据，MagiCam扫描该区域，从各个方向捕捉到许多带有地理标记的高分辨率图像，以确保精确的3D测绘。该系统还处理红外热成像，通过聚焦物体热信号的变化来丰富模型，这些变化表明最近有人类活动。
图6 MagiCam测绘相机的红外热映射
3 多光谱成像
多光谱成像同时在各谱段对目标成像探测，极大地提高了目标探测的准确性。根据应用需要的不同，光谱成像探测可应用于可见光/近红外/短波红外波段、中波红外波段、长波红外波段等光谱范围。
2022年，法国赛峰集团计划为“欧洲无人机”（Eurodrone）项目开发Euroflir 610机载光电系统，基于Euroflir 410架构，其直径63.5厘米，集成了多达11款最新一代传感器，工作在四个波段（可见光、近红外、短波红外、中波红外），使其能够在极高的海拔高度、白天或晚上的任何时间工作，并快速识别不同类型的威胁。
图7 Euroflir 610机载光电系统
FLIR公司研制的SAFIRE系列吊舱集成了高清多光谱成像，SAFIRE 380-HD光电系统在一个运动稳定吊舱内将彩色日光数码相机和中波红外成像摄像机融为一体，此吊舱固定在军用固定翼飞机、直升机、航空器和其他类型飞机上。其配置了一个可选短波红外相机和激光测距仪、照明器和指示器，SAFIRE 380-HD的可选短波红外传感器，提供扩展的多光谱昼夜高清百万像素的高分辨成像功能。短波红外传感器与中波或长波红外热成像传感器不同，具有通过窗户和其他种类玻璃感知光线的能力。
4 地面监视雷达
监视雷达在监视广阔的地面和空中移动物体方面至关重要。与通常提供360°覆盖的空域监视雷达不同，地面监视雷达通常是静态的，专注于特定的扇区。这些系统可以深入了解被跟踪目标的位置、速度和方向。利用电子扫描的现代雷达比以前的雷达更紧凑、更轻。
IAI Elta的ELM-2112 V8雷达可以探测6.5千米外行走的人或13千米外的车辆，精确度为3米。这款便携式装置重量仅9千克，配有电池，可支持长达36小时的操作，可以装在背包里，安装在车辆的伸缩桅杆上，也可以部署在浮空器上。此外，该系统可以与其他传感器集成，使用户在看不到的情况下也可以监测区域。
5 人工智能赋能
利用模式识别和运动分析算法的数字处理能力提供了分析处理能力。这种能力使分析人员能够进行基于规则的警报研究、执行目标识别、跟踪目标和提供全面的态势感知等活动。这些系统对于监督大型公共活动、海上监视行动和军事力量的安全组织来说也是非常宝贵的。
2021年，DARPA启动了“像素级智能处理”项目招标书，IP2探索的目标是提升深度神经网络（NN）在功率受限传感平台上的精度。该项目将开发与像素级网格处理层相匹配的创新人工智能算法，以便将神经网络的前端融入传感器像素，并将情报注入边缘级传感器的数据流中。IP2项目将实现高效和嵌入式的第三代人工智能，以实现在大幅面、高帧速传感器视图中执行对象检测和跟踪。针对传感器像素的新型前端AI算法将通过统计数据学习图像显著性，以创建降维数据流，使后端的紧凑型AI算法（例如循环神经网络）的处理效率提高10倍。
2023年4月26日，Palantir发布了其最新的产品，Palantir人工智能平台(AIP)，目前，该多情报系统在乌克兰军队与俄罗斯的冲突中为其提供支持，它利用了数千个各种形式的情报来源，为敌人的行动、准备或战场上的潜在机会提供警报。Palantir的AI技术在乌克兰战场上展示了其强大的太空AI能力，可以为军队提供全方位、实时、智能的战场指挥系统，这种技术可以帮助军队快速获取敌军的位置、装备、意图等信息，并制定多个攻击计划，包括使用无人机侦察、干扰敌方通信、发射导弹等。
图8 Palantir人工智能平台(AIP)
6 总结
持续地面监视系统正在向高分辨率、广域覆盖、持续监视、多传感器集成以及智能目标识别等方向发展，为了兼顾大视场和高分辨率，现有的地面监视系统多采用多个传感器集成方式，可以将不同物理特性的探测数据根据需要融合起来，充分发挥各自的优势，实现全景感知、昼夜监视、地面目标搜索跟踪、目标定位瞄准。集成人工智能技术的地面监视系统能够实时收集、处理和分析大量数据以增强态势感知能力，并对潜在威胁做出快速响应。
（天津津航技术物理研究所
张宁宁 编译）
本文出处
欧洲防御和安全网站
了解津航光电最新动态
声明：本文所用视频、图片、文字如涉及版权问题，请第一时间告知，我们将根据您提供的证明材料确认版权并按国家标准支付稿酬或立即删除。邮箱：qingbaozu8358@sina.com
文章转载自微信公众号：津航光电