中大口徑艦炮遠程對岸射擊觀測方法研究＊

蓋 強 胡 江

（海軍大連艦艇學院 大連 116018）

1 引言

針對打贏未來海上高技術局部戰爭的需要，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，因此高度重視發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、反應時間短、抗干擾性能好、射擊持續時間長等優點，可以根據地面部隊召喚，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、通信偵察設施等關鍵目標，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、滑翔增程等技術在炮彈上的應用［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作戰效能的發揮。因此，未來應重視發展和使用艦載無人機、電視偵察彈、偵察衛星等觀測手段，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使用靈活、成本低、體積小、可有效避免人員傷亡等優勢，因而受到各海軍強國的青睞，成為重點發展的艦載武器裝備。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，是具有良好應用前景的遠程對岸射擊觀測方法［3］。

2.1 作戰過程

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，按照規定的聯絡方式和定位方法，從空中觀測預定打擊目標的坐標和彈丸炸點情況，以無線電通信、數據鏈等方式為射擊艦提供定位、校射參數和打擊效果情報。

在中大口徑艦炮執行對岸火力支援任務過程中，艦載無人機保障射擊觀測的作戰過程為：

1）進行射擊準備。射擊艦在接收到上級火力支援任務后，立即組織艦炮武器系統所屬人員，開始進行射擊準備。同時利用艦艇導航系統不斷測定射擊艦經緯度坐標（λw、φw），迅速機動占領攻擊陣位。

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

3）獲取目標數據。無人機根據艦炮指揮員命令，從載艦上起飛，到達預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字圖像后，經過初步處理，通過無人機綜合通信系統發送到艦載無人機控制與處理設備。艦載無人機控制與處理設備對無人機傳送過來的目標信息和數據進行評估、處理，得到目標經緯度坐標（λm、φm）等參數，傳輸給艦炮火控系統。

4）計算射擊諸元。艦炮火控系統根據獲取的目標和射擊艦經緯度坐標，在修正彈道氣象等因素對射擊的影響后，計算出射擊諸元，并協調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，火控系統根據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，由火控系統計算射擊校正量和實施射擊校正。

6）撤離作戰區域。在艦炮完成預定作戰任務或接收到上級停止射擊命令后，無人機應迅速撤離偵察區域，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）基于共線構像原理的目標定位

根據無人機機載導航系統裝備的面陣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）上形成的像點應始終位于同一條直線上，這就是攝影測量學中著名的共線構像原理［4］。根據共線構像原理，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、無人機三維坐標等信息后，就可以確定出目標的二維坐標。

假設機載導航系統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，則根據共線構像原理，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；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為無人機的姿態角函數；目標高程Zm可以利用數字高程模型（DEM）等方法計算得到［5］。

根據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換公式，就可以計算出目標的經緯度坐標（λm、φm）。

2）基于數字地圖的目標定位

艦載無人機采用數字地圖對目標定位時，其基本原理為：艦載無人機在執行射擊觀測任務過程中，無人機飛抵目標區域上空，機載攝像機拍攝到含有目標的實時圖像，然后將它傳輸到艦載無人機控制與處理設備。控制與處理設備操作人員對圖像進行觀察比較，將含有目標的相應區域圖像凍結、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，然后根據目標的近似位置，查找出相應目標區域的數字地圖（數字正射影像圖）。然后將該數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位置，從而可以得到目標的經緯度坐標（λm、φm）。

圖1 艦載無人機數字定位系統方框圖

在艦載無人機定位系統中，可以采用如圖1所示的框圖來實現利用數字地圖定位目標，圖中虛線框中的部分主要是用來制作數字地圖。

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、安全性高等優點，可以根據對岸作戰需要采用不同的飛行彈道，對目標周圍戰場態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、降落傘等設備安裝在母彈內，當需要對岸上目標進行射擊觀測時，可以從中大口徑艦炮、偵察機等平臺發射出去。電視偵察彈沿常規無控彈道飛抵目標區域上空以后，時間引信作用引起母彈爆炸，電視偵察系統從母彈中彈出。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，獲取實時的戰場圖像，同時不間斷地把電視圖像發送給艦載接收站，經過圖像和數據處理以后，即可完成對目標觀測定位、射擊校正等功能。

為了提高觀測系統對目標的定位精度，可以利用GPS全球定位系統、數字地圖等配合電視偵察彈來實現對目標準確定位［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）單發偵察。單發偵察即每次發射一發電視偵察彈實施地面偵察。單發偵察具有組織實施簡單、突然性強、不易被發現等特點，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，或對指定目標進行偵察和射擊效果評估［6］。

2）多發偵察。即同一時刻保持多發電視偵察彈滯空停留而實施的偵察。多發偵察可以為指揮員提供戰場全貌，一般用于中大口徑艦炮對岸火力打擊前對射擊區域實施全面偵察，或射擊實施的關鍵階段對戰場態勢進行總體評估。

通常情況下，中大口徑艦炮主要根據登陸兵力召喚承擔應召射擊任務，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偵察的需求，此時應使用多發偵察對岸上目標實施觀測。

4 偵察衛星

偵察衛星是對目標實施偵察和跟蹤，以獲取敵方軍事情報的衛星。偵察衛星具有觀測距離遠、范圍廣、不受地理條件限制等特點，可以提供全天候、快速的戰場和目標的圖像和情報信息。這些信息經過處理后，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星按定位方法不同主要可以分為如下兩種：

1）照像偵察衛星。照像偵察衛星是利用安裝在衛星上的照像機、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星。目前國外照像偵察衛星中的可見光偵察衛星和合成孔徑雷達偵察衛星，均對地面目標成像具有很高的分辨率。典型的是美國“鎖眼”可見光照像偵察衛星（見圖2），其對地面目標分辨率已經達到0.1m～0.15m，在海灣戰爭和科索沃戰爭中，“鎖眼”偵察衛星為美軍實施對地攻擊提供了大量準確的情報信息［7］。照像偵察衛星獲取的圖像信息，在經過專用的衛星信息接收系統處理后，可以按照中大口徑艦炮作戰要求提供局部作戰區域的地面偵察信息，包括數十公里范圍內的偵察圖像和指定打擊目標的經、緯度、高程等三維坐標數據。

2）電子偵察衛星。電子偵察衛星是以地面電子設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星。電子偵察衛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和指示信息［8］。

圖2 美國“鎖眼”偵察衛星觀測地面目標示意圖

偵察衛星對岸觀測面積大、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，由于受衛星位置和氣象條件等多種因素的影響，偵察衛星難以做到連續不斷地提供偵察圖像信息，不能對付戰場上突然出現的目標，也難以滿足對岸射擊效果實時觀測校正的要求。

因此，在實際使用偵察衛星實施射擊觀測時，應結合艦載無人機、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、穩定和可靠［9］。

5 結語

中大口徑艦炮未來仍將是海上火力支援作戰的主戰兵器，隨著艦炮射程的不斷發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［10］。論文針對中大口徑艦炮承擔的對岸作戰任務，研究了艦載無人機、電視偵察彈、偵察衛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效能的充分發揮提供支持和借。

［1］趙春虎，白江.國外中口徑艦炮的發展［J］.艦載武器，2002，29（2）：33－37.

［2］王寶成.大口徑艦炮彈藥現狀及發展趨勢［J］.水面兵器，2011（9）：9－13.

［3］戴耀，汪德虎.無人機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實現GIS空間數據的更新［J］.測繪學院學報，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.

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

［8］王小謨，張光義.雷達與探測——現代戰爭的火眼金睛［M］.北京：國防工業出版社，2000：66－69.

［9］楊宇剛.戰爭需求與艦炮發展［J］.現代艦船，1999（8）：29－33.

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