蓋 強 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力的體現(xiàn)，因此高度重視發(fā)展對岸上目標進行打擊的艦載武器。其中中大口徑艦炮具有效費比高、反應(yīng)時間短、抗干擾性能好、射擊持續(xù)時間長等優(yōu)點，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、通信偵察設(shè)施等關(guān)鍵目標，一直是艦載武器中重要的對岸火力支援武器［1］。

當前隨著火箭助推、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遠程火力打擊時，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進行有效的射擊觀測，嚴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、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程對岸射擊觀測需求。

2 無人機觀測

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

2.1 作戰(zhàn)過程

艦載無人機射擊觀測的組織實施，一般是在對岸射擊期間派出艦載無人機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)定打擊目標的坐標和彈丸炸點情況，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，艦載無人機保障射擊觀測的作戰(zhàn)過程為：

1）進行射擊準備。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，開始進行射擊準備。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（λw、φw），迅速機動占領(lǐng)攻擊陣位。

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

3）獲取目標數(shù)據(jù)。無人機根據(jù)艦炮指揮員命令，從載艦上起飛，到達預(yù)定空中位置對岸上目標實施觀測、跟蹤。在獲取岸上目標的數(shù)字圖像后，經(jīng)過初步處理，通過無人機綜合通信系統(tǒng)發(fā)送到艦載無人機控制與處理設(shè)備。艦載無人機控制與處理設(shè)備對無人機傳送過來的目標信息和數(shù)據(jù)進行評估、處理，得到目標經(jīng)緯度坐標（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)獲取的目標和射擊艦經(jīng)緯度坐標，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)艦炮指向目標提前點準備射擊。

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通報彈丸落地時間，命令其進行射擊觀測。無人機在探測到目標和炸點圖像后，進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

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

1）基于共線構(gòu)像原理的目標定位

根據(jù)無人機機載導(dǎo)航系統(tǒng)裝備的面陣CCD攝像機成像原理可知，地面目標、投影中心、目標在攝像機靶面（像空間xy平面）上形成的像點應(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，在獲取了目標在攝像機靶面上的坐標、攝像機焦距和空間姿態(tài)、無人機三維坐標等信息后，就可以確定出目標的二維坐標。

假設(shè)機載導(dǎo)航系統(tǒng)準確測量出無人機所處位置的空間直角坐標為（Xs，Ys），懸停高度為Hs，則根據(jù)共線構(gòu)像原理，目標空間直角坐標（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為電視攝像機焦距；xm、ym為目標在電視攝像機靶面上的坐標；a1、a2、a3、b1、b2、b3、c1、c2、c3為無人機的姿態(tài)角函數(shù)；目標高程Zm可以利用數(shù)字高程模型（DEM）等方法計算得到［5］。

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

2）基于數(shù)字地圖的目標定位

艦載無人機采用數(shù)字地圖對目標定位時，其基本原理為：艦載無人機在執(zhí)行射擊觀測任務(wù)過程中，無人機飛抵目標區(qū)域上空，機載攝像機拍攝到含有目標的實時圖像，然后將它傳輸?shù)脚炤d無人機控制與處理設(shè)備?？刂婆c處理設(shè)備操作人員對圖像進行觀察比較，將含有目標的相應(yīng)區(qū)域圖像凍結(jié)、放大，檢查確定出目標的近似位置以及含有目標的局部實時圖像，然后根據(jù)目標的近似位置，查找出相應(yīng)目標區(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），確定出目標在參考圖像上的對應(yīng)位置，從而可以得到目標的經(jīng)緯度坐標（λm、φm）。

圖1 艦載無人機數(shù)字定位系統(tǒng)方框圖

在艦載無人機定位系統(tǒng)中，可以采用如圖1所示的框圖來實現(xiàn)利用數(shù)字地圖定位目標，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，具有實時觀測效果好、突防能力強、安全性高等優(yōu)點，可以根據(jù)對岸作戰(zhàn)需要采用不同的飛行彈道，對目標周圍戰(zhàn)場態(tài)勢進行全面細致地偵察，為中大口徑艦炮提供實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、降落傘等設(shè)備安裝在母彈內(nèi)，當需要對岸上目標進行射擊觀測時，可以從中大口徑艦炮、偵察機等平臺發(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對目標進行偵察錄像，獲取實時的戰(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，即可完成對目標觀測定位、射擊校正等功能。

為了提高觀測系統(tǒng)對目標的定位精度，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現(xiàn)對目標準確定位［6］。

3.2 偵察樣式

中大口徑艦炮實施對岸火力支援時，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)電視偵察彈實施地面?zhèn)刹?。單發(fā)偵察具有組織實施簡單、突然性強、不易被發(fā)現(xiàn)等特點，適宜于在中大口徑艦炮射擊準備階段對敵情、地形實施偵察，或?qū)χ付繕诉M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?，或射擊實施的關(guān)鍵階段對戰(zhàn)場態(tài)勢進行總體評估。

通常情況下，中大口徑艦炮主要根據(jù)登陸兵力召喚承擔應(yīng)召射擊任務(wù)，為了避免過多的暴露自己和浪費偵察資源，一般對指定目標實施單發(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，因敵目標數(shù)量多、面積大，很多目標還具有機動能力強的特點，使艦炮射擊效果大大降低，因而提高了對實時全面?zhèn)刹斓男枨?，此時應(yīng)使用多發(fā)偵察對岸上目標實施觀測。

4 偵察衛(wèi)星

偵察衛(wèi)星是對目標實施偵察和跟蹤，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、范圍廣、不受地理條件限制等特點，可以提供全天候、快速的戰(zhàn)場和目標的圖像和情報信息。這些信息經(jīng)過處理后，可以支持中大口徑艦炮對岸上遠程目標進行準確定位。

保障中大口徑艦炮實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、攝像機等成像裝置，對地面攝影偵察以獲取目標信息的偵察衛(wèi)星。目前國外照像偵察衛(wèi)星中的可見光偵察衛(wèi)星和合成孔徑雷達偵察衛(wèi)星，均對地面目標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），其對地面目標分辨率已經(jīng)達到0.1m～0.15m，在海灣戰(zhàn)爭和科索沃戰(zhàn)爭中，“鎖眼”偵察衛(wèi)星為美軍實施對地攻擊提供了大量準確的情報信息［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ⅲ〝?shù)十公里范圍內(nèi)的偵察圖像和指定打擊目標的經(jīng)、緯度、高程等三維坐標數(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陣地、無線電臺等敵方電子目標的引導(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，也難以滿足對岸射擊效果實時觀測校正的要求。

因此，在實際使用偵察衛(wèi)星實施射擊觀測時，應(yīng)結(jié)合艦載無人機、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的對岸作戰(zhàn)任務(wù)，研究了艦載無人機、電視偵察彈、偵察衛(wèi)星等對岸遠程射擊觀測手段的特點、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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［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.

［7］梁巍.國外偵察衛(wèi)星最新進展［J］.航天器工程，2007，16（2）：30－38.

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［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.