无线传感器网络简明教程 第4版 课件 第8章传感器网络技术的军事应用

第8章传感器网络技术的军事应用本章内容8.1战场感知的网络架构8.2常见的地面战场微型传感器8.2.1微震动传感器8.2.2声响传感器8.2.3磁性传感器8.2.4红外传感器8.2.5压力传感器8.2.6超声波传感器8.3美军沙地直线传感器网络项目介绍8.3.1项目背景8.3.2目标探测的传感器选项8.3.3项目系统实验本章内容8.1战场感知的网络架构战场感知兵力部署武器配备战场环境

战场感知(BattlefieldAwareness,BA)是指参战部队和支援保障部队对战场空间内敌、我、友各方信息的实时掌握过程。战场感知的特点战场感知信息共享和信息资源的管理与控制侦察监视情报目标指示毁伤评估美军科学咨询委员会在2002年就曾建议美军应在组织和技术上进行改进，以获得更好的“预先战场感知”能力。美国空军先后研制了快速攻击识别、探测和报告系统、战场感知广域视界传感器等感知系统。

美军开展的其它类似项目还包括陆军“无人值守地面传感器群”、海军“传感器组网系统”等。8.2

常见的地面战场微型传感器

随着电子技术和信息技术的发展，可以通过地面和空中的各种侦察设备获取大量的情报。

提高目标信息感知的程度提高目标信息感知确定重点侦察地域目标信息感知系统需要充分考虑系统的扩展，在实现现有侦察器材数据接收接口的基础上，预留对多种侦察设备进行数据接收的接口。

地面传感器是一种专门植于地面，通过对地面目标运动所引起的电磁、声、微震动和红外辐射等物理量的变化进行探测，并转化成电信号后对目标进行侦察与识别的探测设备。特点结构简单便于携带埋伏易于伪装地面传感器部署方式飞机空投火炮发射人工设置在可能入侵的地段

地面微型探测传感器系列产品震动传感器磁性传感器声响传感器红外传感器压力传感器超声波传感器微震动传感器也叫震动探测器，它类似于记录地震和原子弹爆炸震波的地震仪。这种传感器主要是通过装置的震动探头(也叫拾震器)捕捉人员或车辆活动造成的地面震动信号来探测目标。8.2.1

微震动传感器人工放置火炮发送飞机空投微震动传感器的布置方式4321将拾震器设在地表层实现实时的战场监测检测到震动信号将震动信号转化为电信号经放大处理后发给监控中心工作流程：灵敏度高目标分类能力探测距离远震动传感器可探测到30米以内运动的人员和300米以内行进的车辆，是所有传感器中探测距离较远的一种。震动传感器还具有目标分类能力，不仅可区分人为震动与自然扰动，还能区分人员和车辆。声响传感器是一种通过对目标发出的声响信号进行接收、处理后，实现对目标侦察探测的侦察装置。声响传感器的探测器就是常见的“话筒”。8.2.2

声响传感器优点分辨力强探测范围大缺点耗电量大声响传感器磁性传感器的探测器为磁性探头。工作时在周围形成静磁场，当铁磁金属制成的物体进入磁场时，就会干扰原来的静磁场，实现对携带武器的人和车辆的探测。8.2.3

磁性传感器优点鉴别能力强反应速度快适应范围广缺点能源有限探测距离近磁性传感器红外传感器是一种能够感应目标辐射的红外线，并将其转换成电信号后对目标进行识别探测的侦察设备。这种传感器分为有源式和无源式两种。8.2.4

红外传感器优点体积小、隐蔽性好响应速度迅速可探测目标的数量缺点只能人工布设探测范围不足无法辨别目标性质红外传感器压力传感器的探头通常是一根极细的应变电缆。使用时埋设在目标可能通过的路面下，当运动目标压过浅埋的应变电缆时，引起电阻发生变化，产生的电信号起到报警作用。8.2.5

压力传感器优点虚警率低目标信息判断准确抗电磁干扰能力强响应速度快缺点只能人工布设探测范围不足压力传感器超声波距离传感器一般采用独立的发射器和接收器，发射器由高频信号(40-80kHz)来激励。传感器测量发射一个超声波脉冲至接收到反射信号所用的时间间隔，可简单

地估计出被测物体的距离。8.2.6

超声波传感器优点成本低尺寸小缺点探测敏感性不高使用条件要求较高超声波传感器正在发展中的常见地面传感器还包括：

(1)智能传感器：探测结点带有微处理机；

(2)CMOS图像传感器：利用光—电转换功能，将光面上的所成像转换为对应的电信号图像，用以观察战场上敌方活动情况；

(3)微量气体传感器：通过敌方车辆排出气体的气味和含量浓度判断车辆种类和数量等。8.3美军沙地直线传感器网络项目介绍美国陆军于2003年在俄亥俄州开发了“沙地直线”（ALineintheSand）系统，用于战场探测，可以侦察和定位敌军坦克和其他车辆。美军研制沙地直线项目的目的是希望识别出入侵的物体或目标。该项目的主要功能包括目标探测、分类和跟踪。沙地直线项目研制的无线传感器网络结点，被命名为“超大规模微尘结点”(eXtremeScaleMote,简称XSM)。新技术含量高，能可靠地、大范围地实施长久监视。(a)正面(b)反面8.3.1

项目背景传感器引起六种基本能量域方面的变化8.3.2

目标探测的传感器类型光机械热电磁化学传感器8.3.3

项目系统测验1、网络结点的封装问题

多种不利的环境：如风、雨、雪、洪水、炎热、寒冷和复杂地形等；封装能够保护这些元件中的精密电子元器件，直接影响传感器的探测和无线通信功能。沙地直线项目研制的传感器结点XSM的封装剖视图常用的封装设备密封罩曲棍球冲压罩锥形罩检测罩

①密封罩密封形的封装罩表面光滑，具有自动调整自身位置的能力，能使光线照到里面的太阳能电池板上。

②曲棍球冲压罩

由顶盖、罩身和底基组成。底基顶端的圆孔用作音响器与周围环境的声音波导、无线通信的导向孔。

③锥形罩

锥形罩的结构具有自动调整姿态和位置的功能，保证天线指向朝上。

2、试验部署与实施

通过可视化的软件界面系统，可以观察传