中大口徑艦炮遠(yuǎn)程對岸射擊觀測方法研究＊

蓋 強(qiáng) 胡 江

（海軍大連艦艇學(xué)院 大連 116018）

1 引言

針對打贏未來海上高技術(shù)局部戰(zhàn)爭的需要，世界各國海軍都把水面艦艇“由海對岸”的攻擊能力看作其本身實(shí)力的體現(xiàn)，因此高度重視發(fā)展對岸上目標(biāo)進(jìn)行打擊的艦載武器。其中中大口徑艦炮具有效費(fèi)比高、反應(yīng)時間短、抗干擾性能好、射擊持續(xù)時間長等優(yōu)點(diǎn)，可以根據(jù)地面部隊召喚，提供猛烈的海上火力支援，有效壓制敵岸上兵力，摧毀敵火力點(diǎn)、通信偵察設(shè)施等關(guān)鍵目標(biāo)，一直是艦載武器中重要的對岸火力支援武器［1］。

當(dāng)前隨著火箭助推、滑翔增程等技術(shù)在炮彈上的應(yīng)用［2］，中大口徑艦炮射程必將顯著增大。在中大口徑艦炮對岸射擊過程中，特別是使用新型增程彈藥對岸上目標(biāo)遠(yuǎn)程火力打擊時，由于受到地形遮蔽、艦艇觀測器材性能限制等因素的影響，可能無法對岸上目標(biāo)進(jìn)行有效的射擊觀測，嚴(yán)重制約和影響武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的發(fā)揮。因此，未來應(yīng)重視發(fā)展和使用艦載無人機(jī)、電視偵察彈、偵察衛(wèi)星等觀測手段，以滿足中大口徑艦炮遠(yuǎn)程對岸射擊觀測需求。

2 無人機(jī)觀測

艦載無人機(jī)由于具有作戰(zhàn)使用靈活、成本低、體積小、可有效避免人員傷亡等優(yōu)勢，因而受到各海軍強(qiáng)國的青睞，成為重點(diǎn)發(fā)展的艦載武器裝備。利用艦載無人機(jī)保障對岸射擊觀測，觀測距離可以達(dá)到中大口徑艦炮的最大射程，擴(kuò)展了水面艦艇對岸上目標(biāo)的觀測范圍，是具有良好應(yīng)用前景的遠(yuǎn)程對岸射擊觀測方法［3］。

2.1 作戰(zhàn)過程

艦載無人機(jī)射擊觀測的組織實(shí)施，一般是在對岸射擊期間派出艦載無人機(jī)臨空或前出到一定距離，按照規(guī)定的聯(lián)絡(luò)方式和定位方法，從空中觀測預(yù)定打擊目標(biāo)的坐標(biāo)和彈丸炸點(diǎn)情況，以無線電通信、數(shù)據(jù)鏈等方式為射擊艦提供定位、校射參數(shù)和打擊效果情報。

在中大口徑艦炮執(zhí)行對岸火力支援任務(wù)過程中，艦載無人機(jī)保障射擊觀測的作戰(zhàn)過程為：

1）進(jìn)行射擊準(zhǔn)備。射擊艦在接收到上級火力支援任務(wù)后，立即組織艦炮武器系統(tǒng)所屬人員，開始進(jìn)行射擊準(zhǔn)備。同時利用艦艇導(dǎo)航系統(tǒng)不斷測定射擊艦經(jīng)緯度坐標(biāo)（λw、φw），迅速機(jī)動占領(lǐng)攻擊陣位。

2）下達(dá)作戰(zhàn)任務(wù)。艦炮指揮員向艦載無人機(jī)下達(dá)作戰(zhàn)任務(wù)，明確目標(biāo)的性質(zhì)、位置和岸上地形、地貌情況，并指定艦載無人機(jī)的偵察區(qū)域、接敵航路等。

3）獲取目標(biāo)數(shù)據(jù)。無人機(jī)根據(jù)艦炮指揮員命令，從載艦上起飛，到達(dá)預(yù)定空中位置對岸上目標(biāo)實(shí)施觀測、跟蹤。在獲取岸上目標(biāo)的數(shù)字圖像后，經(jīng)過初步處理，通過無人機(jī)綜合通信系統(tǒng)發(fā)送到艦載無人機(jī)控制與處理設(shè)備。艦載無人機(jī)控制與處理設(shè)備對無人機(jī)傳送過來的目標(biāo)信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行評估、處理，得到目標(biāo)經(jīng)緯度坐標(biāo)（λm、φm）等參數(shù)，傳輸給艦炮火控系統(tǒng)。

4）計算射擊諸元。艦炮火控系統(tǒng)根據(jù)獲取的目標(biāo)和射擊艦經(jīng)緯度坐標(biāo)，在修正彈道氣象等因素對射擊的影響后，計算出射擊諸元，并協(xié)調(diào)艦炮指向目標(biāo)提前點(diǎn)準(zhǔn)備射擊。

5）觀測彈著偏差。在射擊條件滿足的情況下，火控系統(tǒng)根據(jù)指揮員命令控制艦炮射擊。艦炮指揮員向艦載無人機(jī)通報彈丸落地時間，命令其進(jìn)行射擊觀測。無人機(jī)在探測到目標(biāo)和炸點(diǎn)圖像后，進(jìn)行判讀并傳送給艦炮火控系統(tǒng)，由火控系統(tǒng)計算射擊校正量和實(shí)施射擊校正。

6）撤離作戰(zhàn)區(qū)域。在艦炮完成預(yù)定作戰(zhàn)任務(wù)或接收到上級停止射擊命令后，無人機(jī)應(yīng)迅速撤離偵察區(qū)域，避免遭受敵防空火力的毀傷。

2.2 定位方法

無人機(jī)保障中大口徑艦炮遠(yuǎn)程對岸射擊觀測過程中，關(guān)鍵是需要實(shí)時地測得目標(biāo)坐標(biāo)信息，以準(zhǔn)確計算出艦炮射擊諸元。下面提出兩種無人機(jī)對岸上目標(biāo)觀測定位的主要方法。

1）基于共線構(gòu)像原理的目標(biāo)定位

根據(jù)無人機(jī)機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)裝備的面陣CCD攝像機(jī)成像原理可知，地面目標(biāo)、投影中心、目標(biāo)在攝像機(jī)靶面（像空間xy平面）上形成的像點(diǎn)應(yīng)始終位于同一條直線上，這就是攝影測量學(xué)中著名的共線構(gòu)像原理［4］。根據(jù)共線構(gòu)像原理，在獲取了目標(biāo)在攝像機(jī)靶面上的坐標(biāo)、攝像機(jī)焦距和空間姿態(tài)、無人機(jī)三維坐標(biāo)等信息后，就可以確定出目標(biāo)的二維坐標(biāo)。

假設(shè)機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)準(zhǔn)確測量出無人機(jī)所處位置的空間直角坐標(biāo)為（Xs，Ys），懸停高度為Hs，則根據(jù)共線構(gòu)像原理，目標(biāo)空間直角坐標(biāo)（Xm，Ym）的計算模型為

式中，K為攝像畫面與屏幕上圖像的比例系數(shù)；f為電視攝像機(jī)焦距；xm、ym為目標(biāo)在電視攝像機(jī)靶面上的坐標(biāo)；a1、a2、a3、b1、b2、b3、c1、c2、c3為無人機(jī)的姿態(tài)角函數(shù)；目標(biāo)高程Zm可以利用數(shù)字高程模型（DEM）等方法計算得到［5］。

根據(jù)目標(biāo)的空間直角坐標(biāo)（Xm，Ym，Zm），利用空間直角坐標(biāo)與大地坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換公式，就可以計算出目標(biāo)的經(jīng)緯度坐標(biāo)（λm、φm）。

2）基于數(shù)字地圖的目標(biāo)定位

艦載無人機(jī)采用數(shù)字地圖對目標(biāo)定位時，其基本原理為：艦載無人機(jī)在執(zhí)行射擊觀測任務(wù)過程中，無人機(jī)飛抵目標(biāo)區(qū)域上空，機(jī)載攝像機(jī)拍攝到含有目標(biāo)的實(shí)時圖像，然后將它傳輸?shù)脚炤d無人機(jī)控制與處理設(shè)備。控制與處理設(shè)備操作人員對圖像進(jìn)行觀察比較，將含有目標(biāo)的相應(yīng)區(qū)域圖像凍結(jié)、放大，檢查確定出目標(biāo)的近似位置以及含有目標(biāo)的局部實(shí)時圖像，然后根據(jù)目標(biāo)的近似位置，查找出相應(yīng)目標(biāo)區(qū)域的數(shù)字地圖（數(shù)字正射影像圖）。然后將該數(shù)字地圖作為參考圖像，通過對局部實(shí)時圖像和參考圖像的相關(guān)分析計算（或由操作人員觀察比較判定），確定出目標(biāo)在參考圖像上的對應(yīng)位置，從而可以得到目標(biāo)的經(jīng)緯度坐標(biāo)（λm、φm）。

圖1 艦載無人機(jī)數(shù)字定位系統(tǒng)方框圖

在艦載無人機(jī)定位系統(tǒng)中，可以采用如圖1所示的框圖來實(shí)現(xiàn)利用數(shù)字地圖定位目標(biāo)，圖中虛線框中的部分主要是用來制作數(shù)字地圖。

3 電視偵察彈

電視偵察彈作為新型空基偵察彈藥，具有實(shí)時觀測效果好、突防能力強(qiáng)、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，可以根據(jù)對岸作戰(zhàn)需要采用不同的飛行彈道，對目標(biāo)周圍戰(zhàn)場態(tài)勢進(jìn)行全面細(xì)致地偵察，為中大口徑艦炮提供實(shí)時快速的射擊觀測保障。

3.1 定位方法

電視偵察彈是將電視攝像機(jī)、降落傘等設(shè)備安裝在母彈內(nèi)，當(dāng)需要對岸上目標(biāo)進(jìn)行射擊觀測時，可以從中大口徑艦炮、偵察機(jī)等平臺發(fā)射出去。電視偵察彈沿常規(guī)無控彈道飛抵目標(biāo)區(qū)域上空以后，時間引信作用引起母彈爆炸，電視偵察系統(tǒng)從母彈中彈出。此時降落傘迅速張開，在空中飄浮移動。懸掛在降落傘下面的電視攝像機(jī)對目標(biāo)進(jìn)行偵察錄像，獲取實(shí)時的戰(zhàn)場圖像，同時不間斷地把電視圖像發(fā)送給艦載接收站，經(jīng)過圖像和數(shù)據(jù)處理以后，即可完成對目標(biāo)觀測定位、射擊校正等功能。

為了提高觀測系統(tǒng)對目標(biāo)的定位精度，可以利用GPS全球定位系統(tǒng)、數(shù)字地圖等配合電視偵察彈來實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)準(zhǔn)確定位［6］。

3.2 偵察樣式

中大口徑艦炮實(shí)施對岸火力支援時，電視偵察彈主要可以采用如下偵察樣式保障射擊觀測：

1）單發(fā)偵察。單發(fā)偵察即每次發(fā)射一發(fā)電視偵察彈實(shí)施地面?zhèn)刹?。單發(fā)偵察具有組織實(shí)施簡單、突然性強(qiáng)、不易被發(fā)現(xiàn)等特點(diǎn)，適宜于在中大口徑艦炮射擊準(zhǔn)備階段對敵情、地形實(shí)施偵察，或?qū)χ付繕?biāo)進(jìn)行偵察和射擊效果評估［6］。

2）多發(fā)偵察。即同一時刻保持多發(fā)電視偵察彈滯空停留而實(shí)施的偵察。多發(fā)偵察可以為指揮員提供戰(zhàn)場全貌，一般用于中大口徑艦炮對岸火力打擊前對射擊區(qū)域?qū)嵤┤鎮(zhèn)刹欤蛏鋼魧?shí)施的關(guān)鍵階段對戰(zhàn)場態(tài)勢進(jìn)行總體評估。

通常情況下，中大口徑艦炮主要根據(jù)登陸兵力召喚承擔(dān)應(yīng)召射擊任務(wù)，為了避免過多的暴露自己和浪費(fèi)偵察資源，一般對指定目標(biāo)實(shí)施單發(fā)偵察。而在水面艦艇編隊使用中大口徑艦炮為登陸兵力突擊上陸提供火力支援時，因敵目標(biāo)數(shù)量多、面積大，很多目標(biāo)還具有機(jī)動能力強(qiáng)的特點(diǎn)，使艦炮射擊效果大大降低，因而提高了對實(shí)時全面?zhèn)刹斓男枨?，此時應(yīng)使用多發(fā)偵察對岸上目標(biāo)實(shí)施觀測。

4 偵察衛(wèi)星

偵察衛(wèi)星是對目標(biāo)實(shí)施偵察和跟蹤，以獲取敵方軍事情報的衛(wèi)星。偵察衛(wèi)星具有觀測距離遠(yuǎn)、范圍廣、不受地理條件限制等特點(diǎn)，可以提供全天候、快速的戰(zhàn)場和目標(biāo)的圖像和情報信息。這些信息經(jīng)過處理后，可以支持中大口徑艦炮對岸上遠(yuǎn)程目標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確定位。

保障中大口徑艦炮實(shí)施射擊觀測的偵察衛(wèi)星按定位方法不同主要可以分為如下兩種：

1）照像偵察衛(wèi)星。照像偵察衛(wèi)星是利用安裝在衛(wèi)星上的照像機(jī)、攝像機(jī)等成像裝置，對地面攝影偵察以獲取目標(biāo)信息的偵察衛(wèi)星。目前國外照像偵察衛(wèi)星中的可見光偵察衛(wèi)星和合成孔徑雷達(dá)偵察衛(wèi)星，均對地面目標(biāo)成像具有很高的分辨率。典型的是美國“鎖眼”可見光照像偵察衛(wèi)星（見圖2），其對地面目標(biāo)分辨率已經(jīng)達(dá)到0.1m～0.15m，在海灣戰(zhàn)爭和科索沃戰(zhàn)爭中，“鎖眼”偵察衛(wèi)星為美軍實(shí)施對地攻擊提供了大量準(zhǔn)確的情報信息［7］。照像偵察衛(wèi)星獲取的圖像信息，在經(jīng)過專用的衛(wèi)星信息接收系統(tǒng)處理后，可以按照中大口徑艦炮作戰(zhàn)要求提供局部作戰(zhàn)區(qū)域的地面?zhèn)刹煨畔?，包括?shù)十公里范圍內(nèi)的偵察圖像和指定打擊目標(biāo)的經(jīng)、緯度、高程等三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

2）電子偵察衛(wèi)星。電子偵察衛(wèi)星是以地面電子設(shè)備的電磁頻譜輻射信號（如雷達(dá)信號和通信信號）為主要偵察對象，并測定信號輻射源位置的偵察衛(wèi)星。電子偵察衛(wèi)星可以為中大口徑艦炮提供雷達(dá)陣地、無線電臺等敵方電子目標(biāo)的引導(dǎo)和指示信息［8］。

圖2 美國“鎖眼”偵察衛(wèi)星觀測地面目標(biāo)示意圖

偵察衛(wèi)星對岸觀測面積大、效果好，其對岸上固定目標(biāo)的定位精度完全滿足中大口徑艦炮對岸射擊諸元計算要求。但是，由于受衛(wèi)星位置和氣象條件等多種因素的影響，偵察衛(wèi)星難以做到連續(xù)不斷地提供偵察圖像信息，不能對付戰(zhàn)場上突然出現(xiàn)的目標(biāo)，也難以滿足對岸射擊效果實(shí)時觀測校正的要求。

因此，在實(shí)際使用偵察衛(wèi)星實(shí)施射擊觀測時，應(yīng)結(jié)合艦載無人機(jī)、電視偵察彈等其它觀測手段同時使用，以保證對岸射擊觀測的連續(xù)、穩(wěn)定和可靠［9］。

5 結(jié)語

中大口徑艦炮未來仍將是海上火力支援作戰(zhàn)的主戰(zhàn)兵器，隨著艦炮射程的不斷發(fā)展和海上電磁對抗的加劇，其對岸射擊觀測與校正必將面臨很大的挑戰(zhàn)［10］。論文針對中大口徑艦炮承擔(dān)的對岸作戰(zhàn)任務(wù)，研究了艦載無人機(jī)、電視偵察彈、偵察衛(wèi)星等對岸遠(yuǎn)程射擊觀測手段的特點(diǎn)、定位原理，可以為中大口徑艦炮對岸作戰(zhàn)效能的充分發(fā)揮提供支持和借。

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［3］戴耀，汪德虎.無人機(jī)保障艦炮對岸射擊校射諸元模型［J］.火力與指揮控制，2008，33（5）：42－44.

［4］王之卓.攝影測量原理［M］.北京：測繪出版社，1979：88－95.

［5］姚杰.利用單張航空像片和DEM實(shí)現(xiàn)GIS空間數(shù)據(jù)的更新［J］.測繪學(xué)院學(xué)報，1996，25（12）：24－27.

［6］李俊，邵顯濤.決定電視偵察彈射擊諸元彈道模型的建立與仿真［J］.火力與指揮控制，2008，34（3）：121－123.

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［9］楊宇剛.戰(zhàn)爭需求與艦炮發(fā)展［J］.現(xiàn)代艦船，1999（8）：29－33.

［10］黃平華，盧長海.艦炮武器系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢［J］.國防科技，2006（5）：9－11.