باحث عن التباين

تُعدّ أنظمة التوجيه بالتباين البصري ، أو ببساطة أنظمة التوجيه بالتباين ، نوعًا من أنظمة توجيه الصواريخ التي تستخدم كاميرا تلفزيونية كمدخل رئيسي. تُوجّه الكاميرا في البداية نحو الهدف ثم تُثبّت عليه، مما يسمح للصاروخ بالتحليق نحو هدفه من خلال الحفاظ على ثبات الصورة ضمن مجال رؤية الكاميرا.

كان أول صاروخ إنتاجي يستخدم باحثًا تباينيًا هو صاروخ AGM-65 Maverick ، الذي بدأ تطويره في الستينيات ودخل الخدمة في عام 1972. لم يتم استخدام النظام على نطاق واسع، حيث أصبحت تقنيات التوجيه الأخرى مثل التوجيه بالليزر ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS) أكثر شيوعًا، ولكن يتم استخدام نفس المفهوم الأساسي في الكاميرات لتتبع الأجسام، بما في ذلك الأنظمة المستخدمة لتوجيه محددات الليزر .

ينبغي التمييز بين أنظمة التوجيه القائمة على التباين وأنظمة التوجيه التلفزيوني ، حيث تُبث إشارة تلفزيونية مباشرة إلى منصة الإطلاق، التي تستخدم بدورها التوجيه اليدوي لمهاجمة الهدف. ومن أمثلة أنظمة التوجيه التلفزيوني صاروخ مارتل وصاروخ إيه جي إم-62 والي . يُستخدم مصطلح "مخطط التباين" أحيانًا، ولكن قد يُخلط بينه وبين أنظمة تيركوم .

تقوم كاميرات التلفزيون التناظرية بمسح الصورة على شكل سلسلة من الخطوط الأفقية المكدسة عموديًا لتشكيل شبكة أو "إطار". ويتم التحكم بدقة في تقدم الكاميرا عبر الإطار بواسطة مؤقتات إلكترونية، تُعرف بمولدات قاعدة الوقت ، والتي تُنتج فولتيات متزايدة بسلاسة . أثناء مسح الكاميرا للصورة، يتم تمثيل سطوع الموقع الذي يتم مسحه حاليًا بفولتية. تُشكل سلسلة الفولتيات المتغيرة من المستشعر إشارة مُعدلة السعة (AM) تُشفر تغيرات السطوع على طول أي خط مسح. تُضاف نبضات فولتية إضافية إلى الإشارة للإشارة إلى نهاية الخط أو الإطار. ^{[ 1 ]}

جهاز البحث عن التباين هو جهاز بسيط يمكن تنفيذه باستخدام إلكترونيات تناظرية أساسية. يستخدم الجهاز في البداية نوعًا من التحكم التلقائي في الكسب لضبط سطوع الصورة حتى تحتوي على مناطق ذات بقع عالية التباين. ينتج عن ذلك إشارة جهد انحياز لتمثيل مستوى سطوع الخلفية، مما يجعل الأجسام الأكثر سطوعًا بارزة. أي تغيير سريع في التباين على طول خط مسح معين يتسبب في تغيير مفاجئ في جهد الكاميرا. إذا كان التغيير أكبر من عتبة محددة، فإنه يُفعّل دائرة ثانية تُرسل خرج مولدي قاعدة زمن المسح إلى مكثفات. بالتالي، تخزن المكثفات قيمة جهد تمثل موقعي Y و X لأي بقعة عالية التباين داخل الصورة. ^{[ 2 ]}

تُرسل الصورة الملتقطة بكاميرا الصاروخ إلى قمرة القيادة، حيث تظهر على شاشة تلفزيون صغيرة، غالبًا ما تكون إحدى شاشات العرض متعددة الوظائف في الطائرة . يُوجّه الصاروخ مبدئيًا نحو الهدف يدويًا، عادةً باستخدام زر توجيه صغير على عصا التحكم الخاصة بالطيار، أو بواسطة ضابط الأسلحة في الطائرات ذات المقعدين. عند الضغط على زر تثبيت الهدف، تُفعّل دوائر عتبة التباين عندما تمسح الكاميرا مواقع قريبة من الموقع المُثبّت على الشاشة. تُحفظ أي صور عالية التباين ضمن تلك المنطقة. عادةً ما تُشار إلى النقطة المُسجّلة على الشاشة، عادةً بمربع حول الموقع المُختار. يمكن للمشغل تحديد نقاط أخرى عالية التباين داخل الصورة في محاولة لاختيار نقطة إما على الهدف أو قريبة جدًا منه. ^{[ 2 ]}

بمجرد اختيار صورة هدف مناسبة، يدخل الباحث في وضع التتبع. في هذا الوضع، يتم تجاهل إشارة الكاميرا إلا عند مسحها بالقرب من الموقع الأصلي المحدد. في هذه المواقع، تعمل الدائرة كالمعتاد، وترسل الإشارة إلى مجموعة ثانية من المكثفات. بمقارنة الفولتية في مجموعتي المكثفات، يتم إخراج الفرق في الموقع بين النقطة المختارة أصلاً والنقطة الحالية كإشارة خطأ. تُرسل هذه الإشارة إلى حامل الباحث الدوار لتدوير الكاميرا بحيث تعود إلى الموقع الأصلي. ثم يقارن نظام التوجيه زاوية الكاميرا بزاوية جسم الصاروخ، ويرسل أوامر إلى أدوات التحكم الديناميكية الهوائية لإعادته إلى مسار التصادم. لتلبية الحاجة إلى تتبع الأهداف المتحركة، يُستخدم عادةً نظام ملاحة تناسبي ، والذي يوفر بشكل طبيعي التقدم المطلوب . ^{[ 2 ]}

تواجه أنظمة التتبع القائمة على التباين مشاكل عند تغير نقطة التباين. قد يحدث هذا بسهولة إذا غيّر الهدف زاويته، مما يؤدي إلى تغيير سطوعه المطلق، أو إذا تحرك، مما قد يغير التباين بالنسبة للمحيط. على سبيل المثال، قد توفر دبابة على طريق نقطة تتبع عالية التباين، لتختفي هذه النقطة عند خروجها عن الطريق ودخولها منطقة شجيرات منخفضة. كما يمكن أن تتأثر هذه الأنظمة بتغيرات الإضاءة الاصطناعية وما شابهها. لهذا السبب، تُضبط المؤقتات بحيث تكون "مُقيدة"، للحد من المنطقة التي يمكن أن تحدث فيها التغييرات دون فقدان التزامن.

أحد حلول هذه المشكلة هو استخدام التصوير بالأشعة تحت الحمراء بدلاً من الضوء المرئي. يُعدّ هذا الحل مناسبًا بشكل خاص لكاميرات الأشعة تحت الحمراء ذات الموجات الطويلة التي تُصوّر البصمة الحرارية للهدف. وهو فعّال للغاية ضد المركبات مثل الدبابات، حيث يُنتج المحرك صورة عالية التباين ممتازة للبحث، وقلّما تُصدر أجسام أخرى في الطبيعة إشارة مماثلة. مع ذلك، يُؤدي هذا أيضًا إلى زيادة كبيرة في تكلفة الباحث، لا سيما في سبعينيات القرن الماضي عندما كانت هذه التقنية جديدة، كما يُقيّد استخدامها ضد المركبات أو المصادر الحرارية الأخرى. هذا يعني أن الطائرة مُضطرة لحمل نوعين من الصواريخ، أحدهما مزود بالأشعة تحت الحمراء للمركبات، والآخر مزود بباحثات ضوئية مرئية لمهاجمة أهداف أخرى مثل الجسور أو المخابئ.

تكمن المشكلة الأكثر دقة في أن نظام التتبع التبايني، على عكس معظم أنظمة التتبع الأخرى، يفقد دقته كلما اقترب من الهدف. ويعود ذلك إلى اتساع صورة نقطة التتبع مع اقترابها. فما كان يُمثل بكسلًا واحدًا على الشاشة عند إطلاق الصاروخ من  مسافة 10 كيلومترات، قد يمتد ليشمل عشرات البكسلات عند وصوله إلى مسافة كيلومتر واحد من الهدف. عند هذه النقطة، يتوقف منطق التتبع عن العمل بشكل طبيعي، إذ تُرسل أي منطقة ضمن النطاق المحدد إشارة موجبة، مما يدفع نظام التتبع إلى التحرك ذهابًا وإيابًا داخل تلك المنطقة. ^{[ 3 ]}

لذا، استخدمت أنظمة البحث عن التباين المبكرة نظامًا ثانيًا يرصد اتساع بقعة الهدف على عدة بكسلات، ويُثبّت زاوية الاقتراب في مرحلة انزلاق عند حدوث ذلك. ^{[ 3 ]} وهذا يعني أنه لا يمكن معالجة تحركات الهدف في اللحظات الأخيرة أو أي خطأ متبقٍ في التتبع. مع ذلك، ظهرت أنظمة تستهدف مركز هدف ممتد حتى أوائل سبعينيات القرن العشرين، ويمكن للأنظمة الحديثة تطبيق أي مستوى مطلوب من معالجة الصور لمعالجة هذه المشكلة.

استُخدم المفهوم الأساسي بأشكالٍ مختلفة منذ أربعينيات القرن العشرين. ومن أوائل الأمثلة على ذلك قنبلة إيرونكا جي بي-5 (جي بي اختصارًا لـ"القنبلة الانزلاقية")، التي صُممت كنظام مضاد للسفن. كانت هذه القنبلة في الأساس مزودة بأجنحة قصيرة مستقيمة وأسطح ذيل صغيرة، بالإضافة إلى نظام تتبع من شركة هاموند-كروسلي يُسمى بي-1. وعلى عكس النماذج اللاحقة، استخدم هذا النظام نظام مسح ميكانيكي، حيث قامت خليتان ضوئيتان بفحص تغيرات التباين أثناء تذبذب الباحث يمينًا ويسارًا. وقد أثبت هذا النظام فعاليته ضد السفن، حيث كانت السفينة هي الشيء الوحيد الذي يخترق خط الأفق. كان هذا أحد أنظمة التتبع العديدة التي طُورت ضمن سلسلة جي بي، والتي شملت أيضًا التوجيه التلفزيوني، والتوجيه الراداري شبه النشط ، والتوجيه بالأشعة تحت الحمراء ، بالإضافة إلى عدد من أنظمة التحكم اللاسلكي متعددة الخطوط البصرية (MCLOS) . ^{[ 4 ]}

يُعدّ صاروخ مافريك أشهر مثال على الصواريخ الموجهة بالتباين، والذي يُستخدم باستمرار منذ أوائل سبعينيات القرن الماضي. في بعض الاستخدامات القتالية المبكرة خلال حرب فيتنام ، قام طيارون في مهمتهم الأولى بتدمير شاحنة بضربة مباشرة، ليُوبّخهم قائدهم لاستخدامهم سلاحًا بقيمة 25,000 دولار ضد هدف قيمته 500 دولار. ^{[ 5 ]} على الرغم من ذلك، كان الطيارون متحمسين للغاية لهذا السلاح، وأصبح عنصرًا أساسيًا في سلاح الجو الأمريكي خلال سبعينيات القرن الماضي. في المجمل، أُطلق 99 صاروخًا خلال غارات لاينباكر عام 1972، محققًا نسبة إصابة بلغت 88%. ^{[ 6 ]}

ابتداءً من عام 1967، تمّ اعتماد نفس نظام التوجيه الأساسي كأساس لنظام القنبلة الموجهة (HOBOS)، وهو عبارة عن حزمة توجيه مُصممة خصيصًا لقنبلة مارك 84 القياسية التي تزن 910 كيلوغرامات (2000 رطل) . كانت أنظمة التوجيه، KMU-353 وKMU-390، عبارة عن أنظمة توجيه مُعاد تصميمها من طراز مافريك A، بينما استخدم نظام KMU-359/B نسخة أحدث من جهاز التصوير بالأشعة تحت الحمراء من طراز مافريك D. عند اكتمال تجميعها، عُرفت القنبلة ونظام التوجيه ونظام التوجيه باسم GBU-8 ، أو GBU-9 عند استخدامها مع قنبلة مارك 118 التي تزن 1400 كيلوغرام (3000 رطل) . ^{[ 7 ]} بدأ برنامج تحديث في عام 1972 لمعالجة المخاوف المتعلقة بمدى التثبيت، مما أدى إلى إنتاج قنبلة GBU-15 . ويكمن الاختلاف الرئيسي في أن هذا النظام كان يرسل الصورة إلى طائرة الإطلاق أثناء تحليق الصاروخ، مما يسمح لضابط الأسلحة بتصحيح مساره بطريقة مشابهة لأنظمة التوجيه التلفزيوني الأخرى. ^{[ 8 ]}  

تمثلت إحدى المشكلات الرئيسية التي اكتشفتها الأطقم في الاختبارات الأولية في أن الصورة كانت غالبًا صغيرة جدًا بحيث لا يمكن تثبيتها من مسافة بعيدة، مما استلزم الاقتراب من مسافات تتجاوز مدى الصاروخ. وفي حالات أخرى، كان الصاروخ يثبت على أهداف قريبة، وفي إحدى الحالات انفصل عن دبابة ليسقط في شجيرة، أطلق عليها الطاقم سريعًا اسم "الشجيرة التكتيكية". ^{[ 9 ]} وقد سمح استخدام تسجيل فيديو لهدف الباحث للأطقم الجديدة بالتعلم من خبرتها ومعرفة أنواع الأهداف والمواجهات التي تؤدي إلى النجاح بسرعة. ^{[ 10 ]}

واجهت أنظمة التوجيه التبايني عدة مشاكل تشغيلية أيضًا. نظرًا لطبيعة البيئة التي كانت تُستخدم فيها، لم تكن هذه الأنظمة مناسبة للإطلاق من المروحيات عمومًا ، ^{[ 11 ]} مما دفع إلى إجراء تجارب باستخدام التوجيه السلكي ( صواريخ تاو ) أو التوجيه الليزري ( صواريخ هيلفاير ). في نهاية المطاف، أثبتت هذه الأنظمة ملاءمتها للإطلاق من أنواع عديدة من المنصات، وأصبح التوجيه الليزري على وجه الخصوص أكثر انتشارًا. غالبًا ما تستخدم هذه الأنظمة نفس نظام التتبع الأساسي المستخدم في نظام تحديد الهدف بالليزر على متن الطائرة، حيث تُبقي الكاميرا أو نظام التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء موجهة تقريبًا نحو الهدف المحدد بنفس الطريقة التي تعمل بها في نظام توجيه الصاروخ.