自行高炮可見光偽裝對策研究*

魏嘉楠，張振友，王樹鑫

(陸軍炮兵防空兵學(xué)院鄭州校區(qū)，河南 鄭州 450001)

0 引言

在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，隨著可見光偵察技術(shù)的飛速發(fā)展及各種先進設(shè)備的使用，可見光成像偵察作為一種重要手段正在被廣泛運用，戰(zhàn)場上的信息不對稱情況進一步加劇，呈現(xiàn)單向透明化的趨勢。由于自行高炮具有明顯的暴露特征，隱蔽作戰(zhàn)企圖難度大，被敵發(fā)現(xiàn)的概率將大大增加。而“偵察—識別—摧毀”已經(jīng)成為空襲作戰(zhàn)的主要樣式，自行高炮分隊作為未來戰(zhàn)場上的重要防空力量，必然是敵方偵察打擊的首選。因此，加大對強敵偵察監(jiān)視威脅分析，運用各種偽裝措施，有效降低其偵察監(jiān)視效能，盡可能提高自行高炮分隊的戰(zhàn)場生存能力，就成為提高自行高炮分隊核心軍事能力必須重點解決的問題之一。

1 面臨的偵察威脅

1.1 航天偵察

航天偵察是現(xiàn)代戰(zhàn)爭中獲取情報信息的主要手段，如美國采用航天偵察獲取戰(zhàn)場信息約占70%[1]，而依靠光學(xué)成像偵察衛(wèi)星則是航天偵察的主要手段。美國使用的主要是第5代光學(xué)成像偵察衛(wèi)星KH-11、第6代光學(xué)成像偵察衛(wèi)星KH-12等。其中，KH-12可見光目標分辨率可達0.1 m，還具有數(shù)據(jù)實時傳輸能力，圖像從攝取經(jīng)中繼衛(wèi)星傳送至地面的時間不超過1.5 h。海灣戰(zhàn)爭期間，美國利用5顆成像偵察衛(wèi)星，保障前線作戰(zhàn)指揮官在12～24 h內(nèi)得到伊軍動向情報。科索沃戰(zhàn)爭期間，美國及北約各國的78顆各種衛(wèi)星，為多國部隊不間斷地提供戰(zhàn)場信息。

1.2 航空偵察威脅

航空偵察主要平臺包括有人駕駛偵察機和無人駕駛偵察機2種。有人駕駛偵察機是目前空中偵察的主力，具有搭載偵察設(shè)備多、偵察容量大、偵察精確度高等特點。例如，美國的TR-1A戰(zhàn)術(shù)偵察機升限達到27 430 m，最大航程4 830 km，續(xù)航時間長達12 h，它沿國境線飛行可拍攝到對方國土56 km 縱深的目標，對地面目標的分辨率可達3 m[2]，并可將獲得的情報隨時發(fā)回地面指揮所；再者RF-4C飛機上攜帶的AN/UXD-1型電視空中偵察系統(tǒng)的分辨率已經(jīng)能夠達到0.305 m[3]，絕對能夠?qū)崿F(xiàn)對防空武器陣地等目標的精確識別。

在實際作戰(zhàn)中，偵察直升機是自行高炮分隊面臨的主要威脅。作戰(zhàn)使用時，通常是將一定數(shù)量偵察直升機、武裝直升機混合編隊，偵察直升機偵察敵方裝甲車輛所處位置，并將有關(guān)數(shù)據(jù)提供給武裝直升機，再由其對目標實施打擊[4]。目前，光電型偵察直升機占有較大比重，其依靠配備的先進設(shè)備，可對200 km范圍內(nèi)的敵方兵力部署進行快速偵察和識別定位。例如馬島戰(zhàn)爭中，英軍在缺少空中預(yù)警飛機的情況下，使用9架“海王”直升機對馬島地區(qū)實施陸地、海上和空中預(yù)警，預(yù)警半徑達到了200～320 km，為英軍奪占馬島發(fā)揮了重要作用[5]。

無人駕駛偵察機主要利用攜帶的可見光照相機可進行高空及低空攝影，并能及時把偵察圖像傳送回地面站。如美國的“全球鷹”，航程可達到26 000 km 遠，飛行高度可達到18 000 m以上，續(xù)航時間超過33 h[6]。在近幾場戰(zhàn)爭中，在偵察監(jiān)視方面表現(xiàn)卓越，對作戰(zhàn)勝利起到了至關(guān)重要的作用。

1.3 地面?zhèn)刹焱{

地面可見光偵察監(jiān)視主要依靠偵察分隊、特戰(zhàn)分隊，使用先進的目視器材、照相偵察設(shè)備、偵察裝備(如裝甲偵察車)等，對敵方軍事設(shè)施、部隊部署、裝備的配置等進行偵察分析，獲取戰(zhàn)場情報。地面?zhèn)刹毂O(jiān)視方式靈活多樣，能進行全方位、不間斷的偵察。但地面成像偵察往往需要接近敵方進行，危險性較大，受此影響，偵察監(jiān)視距離也受到限制。

1.4 偵察監(jiān)視對自行高炮分隊的威脅

自行高炮分隊作為重要的防空力量，是敵偵察的重點對象，可見光偵察對自行高炮分隊威脅主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

(1) 集結(jié)過程暴露可能性增大

自行高炮分隊集結(jié)過程中，人員、裝備集中，行動頻繁，容易被敵衛(wèi)星、飛機等偵察發(fā)現(xiàn)，雖然可以依靠偽裝網(wǎng)、迷彩涂裝等進行簡易偽裝，但在敵高分辨率的偵察設(shè)備下，暴露的概率依舊很大。

(2) 機動過程中被發(fā)現(xiàn)概率增大

自行高炮分隊在機動部署過程中，只能依靠裝備的迷彩涂裝進行偽裝，另外，雖然可以選擇避開衛(wèi)星臨空偵察，卻無法避免偵察飛機的威脅，機動時行軍縱隊較長，及產(chǎn)生的煙塵、車轍都會成為比較明顯的暴露特征。

(3) 被打擊摧毀的可能性增大

隨著“偵察-監(jiān)視-打擊-評估”一體化作戰(zhàn)方式的出現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)即意味著遭受打擊，一旦自行高炮被敵偵察發(fā)現(xiàn)，就可能在集結(jié)、機動、作戰(zhàn)全過程遭受敵空襲兵器打擊，對戰(zhàn)場生存造成巨大威脅。

2 可見光暴露特征

根據(jù)現(xiàn)代主要偵察目標的能力與技術(shù)水平，自行高炮主要暴露特征主要包括車輛外形、尺寸、表面狀態(tài)、陰影、作戰(zhàn)使用等。

2.1 外形特征明顯

自行高炮外形尺寸與其他裝甲車輛有明顯不同，尺寸超普通車輛4倍以上，從幾何外觀上易于識別。自行高炮具有棱角分明、線條清晰的規(guī)則外形，特別是其邊炮配置的炮塔、中炮配置的轉(zhuǎn)管式火炮身管、搜索雷達、跟蹤雷達、光電跟蹤平臺、導(dǎo)彈發(fā)射架等與其他裝甲車輛有明顯的不同；自行高炮上裝部分的三光鏡、電視、紅外、激光等光學(xué)瞄準鏡等設(shè)備暴露特征明顯。

2.2 涂裝差異顯著

自行高炮大多噴涂傳統(tǒng)森林迷彩、荒漠迷彩漆或數(shù)碼迷彩，迷彩漆的光澤度與綠色植物背景的亮度系數(shù)存在著明顯的差異，而且其光譜反射特性與綠色植物也存在明顯差別，自行高炮自身顏色與其附近背景在色調(diào)、亮度、表面材料結(jié)構(gòu)上都有明顯的差別，亮度對比較為明顯，在高技術(shù)偵察下容易成為暴露特征。

2.3 陰影目標清晰

目標的陰影是十分顯著的目標暴露特征。即使是經(jīng)過嚴密偽裝的目標，其在日光下的明顯投影會使目標暴露無遺。美軍也認為，在陽光條件下，目標的陰影能壓倒任何迷彩圖案，從而使目標暴露。在自行高炮履帶擋板之下，在狹長掩壕內(nèi)，打開炮塔艙門的自行高炮內(nèi)，或者在車輛的下面，都能形成陰影。這些陰影比其周圍環(huán)境更暗地顯露出來，而這些陰影易被敵方探測。

2.4 行動痕跡醒目

在靜止背景條件下目標的運動容易引起觀察者的注意。伴隨目標運動所產(chǎn)生的煙塵等是活動目標重要的暴露特征，自行高炮在作戰(zhàn)射擊時產(chǎn)生的強烈火光是更加明顯的暴露特征。另外，自行高炮的光學(xué)設(shè)備會產(chǎn)生反光。相關(guān)研究表明：玻璃對強光(如陽光)的強烈反光，遠隔60 km以外也能看得見。

自行高炮在戰(zhàn)場上留下的車跡、油斑等都是發(fā)現(xiàn)和識別目標的重要依據(jù)，特別是車輛在雪地、沙漠和松軟的泥路上駛過，輪跡十分明顯，極易暴露部隊的行動。車轍從空中很容易識別，在泥濘地、沙漠、植被和雪地上的車轍尤其清晰可辨。這些車轍不僅會暴露自行高炮本身，而且還會暴露出相關(guān)部隊的位置、規(guī)模和意圖等。

自行高炮在機動作戰(zhàn)時，按照戰(zhàn)術(shù)要求，隊形有一定要求，自行高炮占領(lǐng)陣地后，自行高炮與指揮車、配套車輛之間一般按照一定的位置關(guān)系和間隔進行配置，因而容易暴露，易被敵偵察。

3 可見光偽裝能力量化模型及分析

戰(zhàn)場上，所有偵察監(jiān)視手段的運用，主要是為了發(fā)現(xiàn)進而摧毀目標，因此可見光偽裝能力的高低可以通過被發(fā)現(xiàn)概率的大小來衡量。偽裝能力差，被發(fā)現(xiàn)概率大；偽裝能力好，被發(fā)現(xiàn)概率小。

3.1 可見光偵察下被發(fā)現(xiàn)概率模型

3.1.1 采用照相設(shè)備偵察條件下自行高炮被發(fā)現(xiàn)概率模型

可見光成像偵察是目前面臨的主要偵察手段，其發(fā)現(xiàn)概率可表示為[7]

Pa=λ·exp(-(θ·M/L)2),

(1)

式中：Pa為未采取生存措施時在可見光成像偵察下的被發(fā)現(xiàn)概率；λ為判斷亮度對比相關(guān)的參數(shù)；θ為裝備相關(guān)形狀參數(shù)(取值如表1所示)；M為成像設(shè)備的分辨率(m)；L為裝備的幾何尺寸(m)。

λ表達式為

(2)

式中：K′為自行高炮與背景的亮度對比系數(shù)。

事實上，隨著大氣路程的增加，物體的真實亮度受氣幕亮度的影響會越來越小，偽裝的作用，實質(zhì)上就是通過改變目標與背景的亮度對比，降低被發(fā)現(xiàn)概率。

其中，水平方向觀察亮度對比公式[8]：

(3)

垂直或傾斜觀察亮度對比公式[8]：

(4)

式中：T為總的投射系數(shù)；βz為厚度為z的氣幕亮度。其中：βz=β0[1-e-z/H](垂直路程)；βz=β0secθ[1-e-z/H](傾斜路程),β0為整個大氣厚度的氣幕亮度;H為大氣標高，z為觀察高度，θ為探測方向與天頂方向的夾角，θ=0時，上述兩式相同。

一般情況下，均有L0

(5)

(6)

3.1.2 使用普通設(shè)備(望遠鏡)偵察條件下自行高炮被發(fā)現(xiàn)概率模型

(7)

對應(yīng)的發(fā)現(xiàn)概率公式為

(8)

式中：Pa為發(fā)現(xiàn)概率；K′為自行高炮與背景的亮度對比系數(shù)。

3.1.3 算例

(1) 根據(jù)3.1.1給出的公式模型，作如下假設(shè)：

1)L(尺寸)=5 m，M=0.3(設(shè)備分辨率)，θ=1.45(自行高炮形狀因子為矩形)，尺寸固定，發(fā)現(xiàn)概率與亮度對比函數(shù)圖像如圖1所示。

圖1 發(fā)現(xiàn)概率Pa與亮度對比K′函數(shù)圖像

由圖像可以看出，當目標尺寸一定，視亮度對比越高，發(fā)現(xiàn)概率越大。

2)λ=0.5，M=0.3，θ=1.45，尺寸取變量，則其函數(shù)圖像如圖2所示。

圖2 發(fā)現(xiàn)概率Pa與尺寸L函數(shù)圖像

當亮度對比一定，被發(fā)現(xiàn)概率隨著目標尺寸的增大而增大。

(2) 根據(jù)3.1.2公式模型，作如下假設(shè)：

倍率為8，d=5，l=2 000，θ′=0.02 rad=68′，亮度對比閾值ε=0.02，背景為晴天樹林(LH/Lb=5)。

在進行計算時，給出LH/Lb值如表2所示。

表2 LH/Lb取值

則函數(shù)圖像如圖3所示。

圖3 發(fā)現(xiàn)概率Pa與亮度對比K′函數(shù)圖像

由圖像可以看出，視亮度對比越高，發(fā)現(xiàn)概率越大。

3.2 偽裝對策分析[10-14]

通過對上述3個函數(shù)圖像進行分析，可對自行高炮偽裝運用提出以下措施：

(1) 迷彩偽裝

主要是減小亮度對比，如圖1所示，減小K′的值，從而減小被發(fā)現(xiàn)概率。通過減小自行高炮與背景的亮度對比，能大幅降低被發(fā)現(xiàn)概率。根據(jù)公式(1)，可得表3相關(guān)數(shù)據(jù)。

表3 偽裝前后發(fā)現(xiàn)概率

從表3可以看出，降低亮度對比可大幅減小被發(fā)現(xiàn)概率。這可以通過迷彩涂料來改變自行高炮本身的亮度、顏色等，能更好地跟背景融為一體，降低明顯程度。這種手段能有效應(yīng)對敵方搭載有照相偵察設(shè)備的飛行器，如衛(wèi)星、偵察機等。

迷彩偽裝關(guān)鍵在于復(fù)制背景顏色，但這一手段存在明顯的局限性。在現(xiàn)代作戰(zhàn)中，自行高炮分隊不可能固定在一個地域，而是要遂行伴隨掩護任務(wù)，這會導(dǎo)致背景不停改變，也即背景亮度Lb會發(fā)生變化，因此迷彩偽裝手段較為局限。

(2) 可采用人工遮障

通過人工搭建偽裝結(jié)構(gòu)物，改變自行高炮的外形尺寸及亮度對比，即K′的取值變小，及改變公式(1)中θ的取值，降低自行高炮的被發(fā)現(xiàn)概率，達到偽裝的目的。不同尺寸對應(yīng)的發(fā)現(xiàn)概率如表4所示。

表4 偽裝前后發(fā)現(xiàn)概率

從表4中看出，自行高炮通過偽裝減小暴露尺寸，對應(yīng)的發(fā)現(xiàn)概率也會有所降低。另外，人工遮障既可以對單個自行高炮進行偽裝，也可以遮蔽多個目標或部隊的機動部署。在實際作戰(zhàn)中，遮障不僅能應(yīng)對地面?zhèn)刹?，對空中偵察也有較好遮蔽效果，不受背景限制，能根據(jù)不同地形地物進行相對的遮障，靈活方便。

(3) 充分利用地形、天氣進行偽裝

根據(jù)表2可知，在陰天條件下，LH/Lb取值普遍大于晴天條件下的值，根據(jù)公式(5)，(6)，可知對應(yīng)的K′減小，所對應(yīng)的發(fā)現(xiàn)概率會明顯偏小。根據(jù)公式(5)可知，當τ=0.737，l=2,K=0.8。在不同背景下，亮度對比如表5所示。

表5 不同天氣背景下亮度對比

從表5中看出，在相同背景下，陰天亮度對比小于晴天。而在相同天氣情況下，亮度對比由大至小依次為雪地、沙漠、樹林。

因此在不良氣象條件如大霧、雨雪天氣，更有利于自行高炮偽裝。另外，可以充分利用戰(zhàn)場的地形形成的天然遮蔽區(qū)，如起伏地形、森林、反斜面等，能對自行高炮分隊進行部分或者全部遮蔽，達到防敵偵察的直接目的。

(4) 煙幕偽裝

煙幕發(fā)射裝置是自行高炮原有的設(shè)備，通過釋放煙幕，能有效地遮蔽目標，防止敵可見光偵察器材的觀察。具有形成遮蔽面時間短、反應(yīng)迅速等特點，在時間倉促來不及采取其他措施的情況下，煙幕偽裝能迅速獲得偽裝效果，也為采取其他措施贏得時間。

4 結(jié)束語

隨著可見光條件下的偵察手段、偵察技術(shù)的飛速發(fā)展，自行高炮分隊的戰(zhàn)場生存威脅也越來越大，本文從可見光偵察威脅入手，分析了自行高炮的暴露特征，并建立了2個數(shù)學(xué)模型，對被發(fā)現(xiàn)概率與亮度對比、尺寸之間的關(guān)系進行了計算。經(jīng)過對比分析，給出了4種偽裝對策，主要是通過消除自行高炮和目標之間的亮度差，遮蔽外形特征，改變自行高炮外形尺寸，達到減小被發(fā)現(xiàn)概率的目的，增強戰(zhàn)場生存能力，也為指揮員在戰(zhàn)場上實施可見光偽裝提供參考。在此基礎(chǔ)上，進一步探索研究偽裝手段的運用、偽裝器材的選擇、迷彩涂料的改進等，應(yīng)成為下一步需要研究的方向。