西北戈壁,“蜂巢工厂”的喧嚣被隔绝在厚重的实验室隔音门外。这里是“地火重生”计划——“火眼金睛”近防系统项目的专用研发区。空气中弥漫着电子元件、焊锡和调试电路板特有的气味。房间中央,陈默高中时期的“激光灭蚊炮台”原型机被郑重地放在一个透明展示柜里,像一件珍贵的文物。而在它周围,是堆满线缆、示波器和电脑屏幕的工作台。
王浩带着他的机械和激光团队在隔壁的“高能区”奋战,隐约能听到液冷泵的嗡鸣和工程师们讨论散热方案的争论声。而陈默和李思远,则带着一支由哈工大精挑细选的博士生、硕士生组成的AI视觉算法攻坚小组,围聚在几块巨大的显示屏前。屏幕上,正反复播放着各种反舰导弹、巡航导弹、无人机的实拍或模拟高速飞行画面,背景是复杂多变的海面、城市或荒漠。
“陈工,李老师,这是我们基于原始‘灭蚊’算法框架,初步构建的多光谱融合识别模型V0.1的测试结果。”一个戴着厚厚眼镜的博士生张明,指着屏幕上的一份报告,语气带着沮丧,“在纯净背景、单一目标、理想光照下,对亚音速反舰导弹(模拟‘鹰击-8x’)的识别率能达到85%,发现距离约5公里。但是…”
他切换画面,屏幕上出现一片杂波严重的海天背景,一艘货轮在远处,几只海鸟掠过,同时一个低空、小RcS(雷达散射截面)的模拟巡航导弹(类似“战斧”)目标正高速接近,信号几乎淹没在杂波中。
“…一旦加入复杂背景和轻微干扰,”张明叹了口气,“识别率暴跌到40%以下,虚警率高达60%!系统把海鸟、海浪尖峰甚至云层阴影都当成了目标!这…这离实战要求差得太远了!”
李思远眉头紧锁,手指无意识地敲击着桌面。陈默则走到白板前,拿起笔,画下了原始“灭蚊”算法的核心流程图:
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1. 摄像头捕捉画面 -> 2. 简单灰度\/二值化处理 -> 3. 基于大小、形状(类圆形)、运动速度(慢速)筛选 -> 4. 锁定 -> 5. 激光照射。
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“大家看,”陈默点了点流程,“我们原来的‘敌人’,是慢悠悠、黑乎乎、在相对静止背景(蚊帐或墙壁)上飞行的蚊子。算法只需要关注几个简单的、稳定的特征就够了。”
他转身,指向屏幕上那个在杂波中若隐若现的导弹目标:“但现在,我们的‘敌人’是什么?是高速(超音速甚至高超声速)、隐身(RcS极小)、在极其复杂且动态变化的背景(海浪、云层、城市地物)中飞行,甚至还会释放干扰的‘钢铁蚊子’!更可怕的是,它们可能成群结队地来(饱和攻击)!”
“所以,”陈默在白板上重重写下几个词:“特征”、“干扰”、“速度”、“多目标”,“我们V0.1模型的问题核心在于:特征提取太单一、太浅层,抗干扰能力为零,处理速度跟不上高速目标,更无法应对多目标环境! 必须对我们的‘AI之眼’进行一场脱胎换骨的升级!”
攻坚方向确立:
1. 多维度特征库构建(核心基础): 不再依赖单一的形状或灰度特征。
2. 深度学习模型引入(识别引擎): 超越简单的规则筛选。
3. 抗干扰加固(生存能力): 应对电子战环境。
4. 高速处理架构(实时性保障): 追上导弹的速度。
研发过程(步步为营):
1. 构建“敌人”的基因图谱——多维度特征库:
团队分工: 张明负责收集整理国内外公开及内部提供的各类反舰\/巡航导弹、无人机的高清图片、红外热像图、雷达反射特征(脱敏)、运动轨迹数据。另一组负责采集海量复杂背景样本(不同海况、天气、地形、城市、干扰云图)。
“土味”起点: 陈默带着大家仔细分析原始“灭蚊”算法识别蚊子的特征:深色小点、类圆轮廓、缓慢的布朗运动。他启发道:“导弹也有它的‘指纹’!比如,反舰导弹末端掠海飞行,它的红外热信号(发动机喷口)在相对冷的海面上就像黑夜里的火炬!巡航导弹低空突防,其独特的飞行轨迹(相对平直)区别于鸟类!隐身目标虽然RcS小,但在特定角度、特定波段(如红外)仍有迹可循!”
成果: 建立了初版特征数据库,包含:
可见光特征: 典型轮廓、长度\/宽度比、翼面形状(若有)。
红外热特征: 发动机喷口温度分布、典型热纹(不同速度、高度下的热辐射模式)。
运动特征: 典型速度范围、加速度模式、巡航高度、末端机动模式(如蛇形机动)。
对抗特征(模拟): 常见干扰类型(箔条、烟幕、红外诱饵)的光学\/红外表现。
挑战: 数据量不足(尤其实战数据),部分特征(如高超声速目标热纹)难以获取。解决方案: 利用计算机图形学和高精度流体\/热力学仿真,生成大量逼真的模拟目标图像和轨迹数据,补充数据库。陈默亲自参与关键参数设定。
2. 赋予AI“慧眼”——深度学习模型引入与训练:
技术路线选择: 经过激烈讨论,团队决定采用当时虽非主流但潜力巨大的卷积神经网络(cNN)模型作为核心识别引擎。理由:cNN擅长从原始像素中自动提取层级特征(边缘->纹理->部件->整体),非常适合处理图像识别问题。
“土味”适配: 没有现成的强大算力(GpU集群尚未普及),李思远带领团队对经典cNN模型进行极致精简和优化,牺牲部分通用性,专注于导弹\/无人机识别的核心特征(运动、热纹、轮廓)。模型结构深度适中,参数量控制在可接受范围。
数据喂养: 将构建好的海量数据集(真实+模拟)输入模型进行训练。这是一个枯燥而漫长的过程。
初期灾难: 模型在训练集上表现尚可,但在从未见过的测试集上(新背景、新干扰)泛化能力极差,虚警漏警惨不忍睹。原因: 模型过拟合了训练数据的噪声;特征区分度不够;干扰样本不足。
对策:
数据增强: 对已有图片进行旋转、缩放、加噪、模拟不同光照天气,成倍扩充数据集多样性。
特征强化: 在输入模型前,预先利用传统算法突出关键特征:如利用背景差分法初步提取运动目标;利用红外图像突出高温区域。
引入“难例”: 专门收集或生成最难识别的样本(目标与背景高度相似、强干扰下的微弱目标),反复“喂”给模型,逼它学习。
算力挣扎: 仅靠几台高性能工作站训练,速度缓慢。陈默动用权限,临时借用“蜂群意志”项目闲置的少量计算节点进行加速。
突破: 经过数十轮迭代和参数调整,V1.5版模型在复杂背景测试集上的识别率提升至75%,虚警率降至25%。虽然仍不完美,但看到了希望的曙光。郑处长看着飙升的电费单(算力消耗)和团队熬红的双眼,难得地没有立刻开炮,只是默默记了一笔。
3. 战场生存课——抗干扰加固:
模拟实战环境: 团队与电子对抗部队合作,搭建了模拟的电子干扰环境(噪声压制、欺骗干扰)。
暴露脆弱: V1.5模型在强电磁干扰下,图像传感器出现雪花噪点、丢帧,预处理算法失效,cNN输入数据质量严重下降,识别率瞬间崩塌!
“土味”防御:
硬件级: 选用更高品质、带屏蔽的成像传感器和数据传输线缆(成本上升!郑处长皱眉)。
信号级: 李思远团队开发自适应滤波算法,能根据干扰频谱特征实时调整滤波器参数,最大程度“洗净”图像信号。借鉴了“鞘套通信”中抗噪的部分思想。
算法级(关键): 在cNN模型前端,增加一个“干扰感知与鲁棒特征提取”模块。该模块利用传统图像处理和轻量级AI(如小型的异常检测网络),快速判断当前画面是否受到干扰及干扰类型,并尝试在受污图像中提取更鲁棒(不易受干扰影响)的特征(如目标的整体运动趋势、主要热源区域),再输入给后面的cNN识别核心。思路: 让AI学会在“硝烟弥漫”(干扰)中抓住目标的“影子”和“心跳”。
测试: 在模拟干扰环境下,加固后的V2.0模型识别率稳定在65-70%,虽比纯净环境下降,但避免了系统完全失效,为后续拦截赢得了宝贵时间。“能在干扰下‘看’到,就有机会打!这步加固,值!”防空部队派来的观察员给出了肯定。
4. 与导弹赛跑——高速处理架构:
挑战: 从发现目标、稳定跟踪到引导激光照射,必须在秒级甚至亚秒级完成!原始“灭蚊”系统那慢悠悠的处理速度是致命伤。
优化策略:
算法精简: 对每一个处理步骤(图像预处理、特征提取、cNN推理)进行毫秒级优化,剔除冗余计算。
异构计算: 主处理器(cpU)负责调度和逻辑控制,将最耗时的图像处理和cNN推理任务,卸载到专用的图像处理芯片(ISp)和FpGA(可编程逻辑门阵列) 上执行。FpGA由李思远团队针对核心算法进行硬件级编程优化,实现超高速并行处理。
流水线作业: 将目标识别、跟踪、威胁评估、火控解算等任务拆解,在多个处理单元上并行流水执行,最大限度压缩整体延迟。
成果: 经过持续优化,系统从捕获目标图像到输出稳定跟踪信息和初步火控解算结果,延迟控制在200毫秒以内!基本追上了高速目标的步伐。
实验室的灯光常常亮到深夜。经过近两个月的艰苦鏖战,“火眼金睛”的“AI之眼”——V2.0版识别跟踪系统,终于完成了实验室阶段的迭代升级。它不再是从前那个只能在后院打打蚊子的“玩具眼”,初步具备了在复杂战场环境下捕捉“钢铁巨蚊”轮廓的能力。
屏幕上,实时运行着系统在模拟复杂海空背景、带电子干扰条件下识别跟踪多个目标的演示。虽然偶尔仍有虚警(误将特殊角度的浪峰识别为目标)或短暂丢锁(目标机动过于剧烈),但整体稳定性和抗干扰能力已远非昔日可比。
李思远揉了揉酸涩的眼睛,对陈默说:“陈工,实验室模拟只能算‘纸上谈兵’。接下来,必须上真实靶场,用飞行的导弹和无人机来检验了!背景更复杂,目标更狡猾,干扰会更猛烈!”
陈默看着屏幕上那个被系统牢牢框住、稳定跟踪的模拟导弹目标,点了点头:“好!联系王工那边,准备系统联调!下一站,靶场实弹测试!让我们的‘眼睛’,去见识见识真正的战场硝烟!”
他心中清楚,实验室的突破只是第一步。真正的考验,是即将到来的实弹打靶。火光与硝烟,才是检验“火眼金睛”成色的最终熔炉。而与此同时,王浩那边与高能激光器和散热系统的搏斗,也到了最吃紧的关头。