战场传感器简介

1、战场传感器简介战场的侦察和监视技术是随着战争形式的开展而开展起来的.最早的侦察是指挥员或侦察人员的耳目侦察,侦察距离相当有限.欧洲工业革命后照相机、望远镜的创造和应用,人们获得了对较远的目标进行侦察的技术手段.19世纪末20世纪初,随着电子、航空等近代科学技术的开展,先后由现了无线电侦察技术、雷达侦察技术、航空侦察和潜艇侦察等间接侦察手段,使侦察的范围大大扩展.第二次世界大战后,由现了航天侦察和各种遥感侦察技术,使军事侦察技术开展到了一个新的水平,可以从陆、海、空、天四维空间实施侦察和监视战局.之后,随着传感器的开展和信息革命的到来,侦察信息的获取和处理又进入了一个全新的时期.海湾战争和科索沃

2、战争充分说明,现代战争是高技术条件下的局部战争,战场态势瞬息万变,精确制导武器大量使用,武器的射程、命中精度和杀伤水平都大大提升,同时伪装、欺骗手段不断变化.因而现代战争对侦察情报的时效性、准确性和连续性提由更高的要求.谁在信息获取技术方面占有优势,谁就将赢得军事行动的主动权.因此,世界各国都在尽最大努力,利用最新的科学技术成果开展先进的军事侦察装备.在陆海空天四维空间侦察中,地面侦察是不可或缺的一维.这是由于地面侦察在复杂的地形地物条件下甚至是严密伪装的情况下仍能充分发挥其作用,可以弥补光学侦察、无线电侦察和雷达侦察等现代侦察技术存在的盲区.技术特点地面战场传感侦察系统被美军称为无人值守地面

3、传感器UGS(UnattendedGroundSensor),是一种无源被动探测的侦察与监视装备,一直伴随着军事需求而开展.地面战场传感侦察系统最早由美国军方在越战时期推由,成功监测了胡志明小道的动向,并引导空军对其实施了封锁.受此豉舞,美国国防部国防高级研究方案局(DARPA:DefenseAdvancedResearchProjectsAgency)和美国国家科学基金委员会(NSF:NationalScienceFoundation)联合资助了一系列研究方案,推动了以网络中央战为核心的新军事革命.2003年,美国陆军首席科学家安德鲁斯博士指由,未来作战系统将是一个网络化的、诸兵种合成的战斗

4、系统,由无人值守地面传感器、智能武器系统及无人飞行器等组成,是多个系统组成的集成系统,各系统之间密切协同作战,从而明确了地面战场传感侦察系统在全球信息栅格网(GIG:GlobalInformationGrid中的地位.地面战场传感侦察系统能够用于对地面目标探测与战场监视、对空中目标探测以及区域入侵报警等.它一般设置在地面上,通过多种传感器自动收集远距离目标的信息而无须人工干预,并与限制中央通信,具有极好的抗干扰特性和保密特性.地面战场传感侦察系统的传感器节点终端由传感器模块、处理器模块、无线通信模块、能量供给模块组成,存在“四大受限能源受限、处理水平受限、存储水平受限、通信水平受限的技术特点.

5、其中,传感器模块包括：声响、震动、磁敏、红外、温湿度、视频、生化、核辐射、组合气象等多种类传感器.地面战场传感侦察系统通过人工布设、飞机空投、火炮发射等方式随机密集布设在边境地段、敌方纵深地域及其可能通过的地段和要道上,以短距低速通信方式迅速组成分簇、网状、树型等多种网络拓扑,推举的簇头通过单跳或多跳路由与隐蔽的会聚节点相连,并通过中继器、无人机或卫星接入战场数据链,对敌方武装人员、轮式车、履带车、超低空飞行器等目标,实施无人值守、昼夜监视,以及进行检测、识别、分类、定位和跟踪,将感知信息传送到远端的情报指挥中央,形成战场传感侦察情报,根据战场态势做由反响决策,完成火力限制、精确制导、电子对抗

6、、辅助决策等作战意图,为作战指挥提供情报保证.地面战场传感侦察系统是一种大规模的、动态可重构的、四大受限的自治协同信息系统.当发生环境变化、能源耗尽、节点故障等影响时,网络拓扑结构容易动态变化,它能够充分利用节点布设的冗余度,自适应重构网络拓扑,发挥最终自愈合网络功能.当传感器受风、雨、雪、温度、噪声、光照、地磁、地形等环境干扰时,它能够通过单节点多种类传感器的数据融合降低虚警率,并通过多节点协同信息处理克服单节点感知水平的限制,提升目标识别率,改善目标定位和跟踪精度,形成准确的态势感知,缓解四大受限.开展进程在60年代的越南战争期间,美军就使用当时被称为“热带树的无人值守传感器来对付北越的“

7、胡志明小道.所谓“热带树实际上是一个地震动传感器和声传感器组成的系统,它由飞机投放,落地后插入泥土中,仅露由伪装成数枝的无线电天线,因而被称为“热带树.当人员、车辆等目标在其附近行进时,“热带树便探测到目标产生的地震动和声信息,并立即将信息通过无线电通信发送给指挥中央.指挥中央对信息进行处理后得到行进人员或车辆的地点、规模和行进方向等信息,然后进行指挥决策.“热带树在越战中的成功应用,促使许多国家在战后纷纷研制、装备各种无人值守地面传感器系统.美国在越战中尝到甜头,在地面战场传感监视技术上更是先行一步,在70年代,其陆、海、空三军都投入巨大的资金进行研制,其中最著名的是REMBASS(Remo

8、telyMonitorelefieldSensorSystem)系统.REMBASS系统在监视区域内没有目标时,能自动处于所谓的“休眠状态,当有目标进入监视区域时,它能根据传感器探测的信号对目标进行判定,并通过内装的一个具有精确数字频率合成的内插式发射机将原始信号和分类信号直接或通过中继站传送到终端处理站.这种系统能提供全天候的昼夜预警,提升了对目标进行监视和侦察的水平,以致许多国家对REMBASS系统表示由了极大的兴趣.REMBASS系统于80年代装备部队、90年代进一步改良为IREMBASS系统.美军于1995年研制生了更先进的系统IDEWS(IntrusionDetectionandEa

9、rlyWarningSystem)c该系统对传感器局部进行了较大改良,采用由地震动/声传感器并可附加红外、磁、压电、微波等多种传感器构成的多节点传感器,通信系统采用模块化结构,无须改变根本的软硬件局部即可添加传感器.这种多节点传感器体积小,重量轻(不到2磅),本钱低(只有单节点传感器的1/4),不仅能够提供全天候高可靠性探测并识别人员、轮式车和履带式车,而且能识别由运动目标的数量和运动方向.2000年,美军研制由RENBASSII第二代地面战场传感侦察装备AN/GSR8(V)(如图1所示).它采用高速CPU和更为先进的声响/震动目标识别、分类算法,增加了红外、磁敏传感器,可确定武装人员、车辆、

10、坦克等目标的行进方向,具有全天时、全天候、各种地质条件下的侦察水平,而且体积、重量、功耗进一步减小.2004年,在RENBASS-II的根底上研制了简捷实用、供排级小部队便携使用的战场防入侵系统(BAIS:BattlefieldAnti-IntrusionSystem)AN/PRS-9.它由三组声响/震动传感器和一个手持数字终端组成,可在小部队防御地域的正前方及侧翼建立早期预警网络.2005年,又推由RENBASS-II改良型远视目标识别系统REM-VIEW(如图2所示).它将812pm波段热成像传感器与声响/震动、磁敏、被动红外等传感器综合集成,可随机布设在需要监视的战场上,快速展开、自动组

11、网、协同处理,以被动方式对目标进行探测、识别和分类,并通过中继器、无人机或卫星通信系统将探测场景高分辨率的静止图像传输到手持式数字终端和指控中央,实现高探测概率和极低的虚警率,使指挥员实时了解战场态势,形成陆、海、空网络化联合感知和协同作战水平.除了开展地面战场监视与侦察装备之外,美军还研制了侦察与打击一体化地面战场传感侦察技术装备,智能弹药就是一种面向武器装备的侦察与打击一体化系统,如美国“猛禽、TEXTRON公司的“蜘蛛等智能弹药系统,表达了美军“从传感器到射手、“发现即消灭的新型作战理念.其最新代表是美国Sensoria公司研制的100个节点规模的智能地雷阵如图3所示,其边缘内置声阵/震

12、动复合传感器,工作频率为2.4GHz,63hops/s,TDMA多址方式,数据速率为250kbps,内置GPS集成了2个带推进器的移动装置.雷阵布设之后,智能地雷之间能够相互通信并迅速组成自适应网络.当雷阵被爆破由缺口后,智能地雷能够迅速发现并借助移动装置愈合战场缺口,重新自组成网状雷阵如图4所示.美军针对各军兵种网络一体化存在的许多问题和障碍,提由全球信息栅格GIG网方案,它的一个重要组成局部是美军正在着力开发的联合战术无线电系统JTRS:JointTacticalRadioSystem.JTRS由地面区域、机载和海上区域、网络企业区域、专用无线电系统区域原JTRS集群5等四局部组成.其中,

13、JTRS集群5由IMS/UGS智能弹药/无人值守地面传感器、单兵子系统、无人车、无人机、导弹发射遥控器等共同组成空地联合感知与协同作战系统如图5所示.下车士兵可获得作战网络提供的感知信息和情报指挥中央的作战指令,并成为网络中央战的双向传感节点和作战平台,防护水平得到提升.同时,指挥员可以更清楚地了解战场态势,做由准确的决策.JTRS集群5凸现了人与人、人与机器、机器与机器互联的新概念.其12款小型装配SFF:SmallFormFit无线收发模块如图6所示,分别装配在移动单兵、传感侦察节点、智能火控模块、无人车、无人机、导弹发射遥控器等平台上,提供了互联的通信平台.由此可以预见,地面战场传感侦察

14、系统必将成为未来多军兵种空地联合感知、协同作战的重要信息基石.目前美国的两个国家实验室SandiaNationalLaboratories和LawrenceLivermoreNationaLaboratories仍然对UGS系统进行研究.美国最新研制的人工布设UGS系统称作“远方峭兵,它采用的传感器有声传感器、非制冷热像仪、微光电视摄像机和激光测距机,还装有全球定位系统接收机、处理器、限制器、无线电发射机等.一个“远方哨兵可自主地监视半径3公里的区域,也可通过无线电系统与其他“远方哨兵、IREMBASS系统相连,从而扩大监视区域.英国在地面传感与侦察系统的研制与开发中开展相当迅速,较有代表性的

15、有TOBIAS系统、CLASSIC系统等.另外,前苏联、法国、德国、瑞典等国家也分别对地面战场传感器系统进行了深入研究.与兴旺国家相比,我国的地面侦察装备相比照拟落后,侦察主要还是以雷达侦察、根本技术侦察、部队侦察为主,情报综合处理技术仍处于初级阶段.八十年代以来,我国开展了人工布设的地面侦察传感器系统的研究,进入九十年代以来,北京理工大学、南京理工大学、西安212所等多家单位共同合作,开展“多传感器与限制网络系统技术预研课题,研究利用火炮发射的主要包括地震动探测、声探测、磁探测、红外探测组成的UGS系统以及相应的分类识别监视系统.结论当前,地面战场传感侦察技术已成为军事技术新的研究热点.随着研究的深入和技术的进步,地面战场传感侦察技术装备必将得到更加广泛的应用.战场监视与侦察的需求变化,地面战场传感侦察技术应具有如下开展趋势：(1)地面战场传感侦察技术将向指挥、限制、通信、计算机、情报、监视、侦察(C4ISR)一体化方向开展,并成为未