戰(zhàn)場傳感器簡介

1、戰(zhàn)場傳感器簡介戰(zhàn)場的偵察和監(jiān)視技術(shù)是隨著戰(zhàn)爭形式的發(fā)展而發(fā)展起來的。最早的偵察是指揮員或偵察人員的耳目偵察，偵察距離相當(dāng)有限。歐洲工業(yè)革命后照相機(jī)、望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明和應(yīng)用，人們獲得了對較遠(yuǎn)的目標(biāo)進(jìn)行偵察的技術(shù)手段。19世紀(jì)末20世紀(jì)初，隨著電子、航空等近代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，先后由現(xiàn)了無線電偵察技術(shù)、雷達(dá)偵察技術(shù)、航空偵察和潛艇偵察等間接偵察手段，使偵察的范圍大大擴(kuò)展。第二次世界大戰(zhàn)后，由現(xiàn)了航天偵察和各種遙感偵察技術(shù)，使軍事偵察技術(shù)發(fā)展到了一個(gè)新的水平，可以從陸、海、空、天四維空間實(shí)施偵察和監(jiān)視戰(zhàn)局。之后，隨著傳感器的發(fā)展和信息革命的到來，偵察信息的獲取和處理又進(jìn)入了一個(gè)全新的時(shí)期。海灣戰(zhàn)爭和科索沃

2、戰(zhàn)爭充分表明，現(xiàn)代戰(zhàn)爭是高技術(shù)條件下的局部戰(zhàn)爭，戰(zhàn)場態(tài)勢瞬息萬變，精確制導(dǎo)武器大量使用，武器的射程、命中精度和殺傷能力都大大提高，同時(shí)偽裝、欺騙手段不斷變化。因而現(xiàn)代戰(zhàn)爭對偵察情報(bào)的時(shí)效性、準(zhǔn)確性和連續(xù)性提由更高的要求。誰在信息獲取技術(shù)方面占有優(yōu)勢，誰就將贏得軍事行動的主動權(quán)。因此，世界各國都在盡最大努力，利用最新的科學(xué)技術(shù)成果發(fā)展先進(jìn)的軍事偵察裝備。在陸?？仗焖木S空間偵察中，地面?zhèn)刹焓遣豢苫蛉钡囊痪S。這是因?yàn)榈孛鎮(zhèn)刹煸趶?fù)雜的地形地物條件下甚至是嚴(yán)密偽裝的情況下仍能充分發(fā)揮其作用，可以彌補(bǔ)光學(xué)偵察、無線電偵察和雷達(dá)偵察等現(xiàn)代偵察技術(shù)存在的盲區(qū)。技術(shù)特點(diǎn)地面戰(zhàn)場傳感偵察系統(tǒng)被美軍稱為無人值守地面

3、傳感器UGS(UnattendedGroundSensor),是一種無源被動探測的偵察與監(jiān)視裝備，一直伴隨著軍事需求而發(fā)展。地面戰(zhàn)場傳感偵察系統(tǒng)最早由美國軍方在越戰(zhàn)時(shí)期推由，成功監(jiān)測了胡志明小道的動向，并引導(dǎo)空軍對其實(shí)施了封鎖。受此豉舞，美國國防部國防高級研究計(jì)劃局(DARPA:DefenseAdvancedResearchProjectsAgency)和美國國家科學(xué)基金委員會(NSF:NationalScienceFoundation)聯(lián)合資助了一系列研究計(jì)劃，推動了以網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)為核心的新軍事革命。2003年，美國陸軍首席科學(xué)家安德魯斯博士指由，未來作戰(zhàn)系統(tǒng)將是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)化的、諸兵種合成的戰(zhàn)斗

4、系統(tǒng)，由無人值守地面?zhèn)鞲衅?、智能武器系統(tǒng)及無人飛行器等組成，是多個(gè)系統(tǒng)組成的集成系統(tǒng)，各系統(tǒng)之間密切協(xié)同作戰(zhàn)，從而明確了地面戰(zhàn)場傳感偵察系統(tǒng)在全球信息柵格網(wǎng)(GIG:GlobalInformationGrid）中的地位。地面戰(zhàn)場傳感偵察系統(tǒng)能夠用于對地面目標(biāo)探測與戰(zhàn)場監(jiān)視、對空中目標(biāo)探測以及區(qū)域入侵報(bào)警等。它一般設(shè)置在地面上，通過多種傳感器自動收集遠(yuǎn)距離目標(biāo)的信息而無須人工干預(yù)，并與控制中心通信，具有極好的抗干擾特性和保密特性。地面戰(zhàn)場傳感偵察系統(tǒng)的傳感器節(jié)點(diǎn)終端由傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊、能量供應(yīng)模塊組成，存在“四大受限（能源受限、處理能力受限、存儲能力受限、通信能力受限）”的技

5、術(shù)特點(diǎn)。其中，傳感器模塊包括：聲響、震動、磁敏、紅外、溫濕度、視頻、生化、核輻射、組合氣象等多種類傳感器。地面戰(zhàn)場傳感偵察系統(tǒng)通過人工布設(shè)、飛機(jī)空投、火炮發(fā)射等方式隨機(jī)密集布設(shè)在邊境地段、敵方縱深地域及其可能通過的地段和要道上，以短距低速通信方式迅速組成分簇、網(wǎng)狀、樹型等多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，推舉的簇頭通過單跳或多跳路由與隱蔽的匯聚節(jié)點(diǎn)相連，并通過中繼器、無人機(jī)或衛(wèi)星接入戰(zhàn)場數(shù)據(jù)鏈，對敵方武裝人員、輪式車、履帶車、超低空飛行器等目標(biāo)，實(shí)施無人值守、晝夜監(jiān)視，以及進(jìn)行檢測、識別、分類、定位和跟蹤，將感知信息傳送到遠(yuǎn)端的情報(bào)指揮中心，形成戰(zhàn)場傳感偵察情報(bào)，根據(jù)戰(zhàn)場態(tài)勢做由反應(yīng)決策，完成火力控制、精確制導(dǎo)、

6、電子對抗、輔助決策等作戰(zhàn)意圖，為作戰(zhàn)指揮提供情報(bào)保障。地面戰(zhàn)場傳感偵察系統(tǒng)是一種大規(guī)模的、動態(tài)可重構(gòu)的、四大受限的自治協(xié)同信息系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)生環(huán)境變化、能源耗盡、節(jié)點(diǎn)故障等影響時(shí)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)容易動態(tài)變化，它能夠充分利用節(jié)點(diǎn)布設(shè)的冗余度，自適應(yīng)重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，發(fā)揮最終自愈合網(wǎng)絡(luò)功能。當(dāng)傳感器受風(fēng)、雨、雪、溫度、噪聲、光照、地磁、地形等環(huán)境干擾時(shí)，它能夠通過單節(jié)點(diǎn)多種類傳感器的數(shù)據(jù)融合降低虛警率，并通過多節(jié)點(diǎn)協(xié)同信息處理克服單節(jié)點(diǎn)感知能力的限制，提高目標(biāo)識別率，改善目標(biāo)定位和跟蹤精度，形成準(zhǔn)確的態(tài)勢感知，緩解四大受限。發(fā)展進(jìn)程在60年代的越南戰(zhàn)爭期間，美軍就使用當(dāng)時(shí)被稱為“熱帶樹”的無人值守傳感器來對

7、付北越的“胡志明小道”。所謂“熱帶樹”實(shí)際上是一個(gè)地震動傳感器和聲傳感器組成的系統(tǒng)，它由飛機(jī)投放，落地后插入泥土中，僅露由偽裝成數(shù)枝的無線電天線，因而被稱為“熱帶樹”。當(dāng)人員、車輛等目標(biāo)在其附近行進(jìn)時(shí)，“熱帶樹”便探測到目標(biāo)產(chǎn)生的地震動和聲信息，并立即將信息通過無線電通信發(fā)送給指揮中心。指揮中心對信息進(jìn)行處理后得到行進(jìn)人員或車輛的地點(diǎn)、規(guī)模和行進(jìn)方向等信息，然后進(jìn)行指揮決策。“熱帶樹”在越戰(zhàn)中的成功應(yīng)用，促使許多國家在戰(zhàn)后紛紛研制、裝備各種無人值守地面?zhèn)鞲衅飨到y(tǒng)。美國在越戰(zhàn)中嘗到甜頭，在地面戰(zhàn)場傳感監(jiān)視技術(shù)上更是先行一步，在70年代，其陸、海、空三軍都投入巨大的資金進(jìn)行研制，其中最著名的是RE

8、MBASS(RemotelyMonitorelefieldSensorSystem)系統(tǒng)。REMBASS系統(tǒng)在監(jiān)視區(qū)域內(nèi)沒有目標(biāo)時(shí)，能自動處于所謂的“休眠狀態(tài)”，當(dāng)有目標(biāo)進(jìn)入監(jiān)視區(qū)域時(shí)，它能根據(jù)傳感器探測的信號對目標(biāo)進(jìn)行判定，并通過內(nèi)裝的一個(gè)具有精確數(shù)字頻率合成的內(nèi)插式發(fā)射機(jī)將原始信號和分類信號直接或通過中繼站傳送到終端處理站。這種系統(tǒng)能提供全天候的晝夜預(yù)警，提高了對目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)視和偵察的能力，以致許多國家對REMBASS系統(tǒng)表示由了極大的興趣。REMBASS系統(tǒng)于80年代裝備部隊(duì)、90年代進(jìn)一步改進(jìn)為IREMBASS系統(tǒng)。美軍于1995年研制生了更先進(jìn)的系統(tǒng)IDEWS(IntrusionDet

9、ectionandEarlyWarningSystem)c該系統(tǒng)對傳感器部分進(jìn)行了較大改進(jìn)，采用由地震動/聲傳感器并可附加紅外、磁、壓電、微波等多種傳感器構(gòu)成的多節(jié)點(diǎn)傳感器，通信系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，無須改變基本的軟硬件部分即可添加傳感器。這種多節(jié)點(diǎn)傳感器體積小，重量輕(不到2磅)，成本低(只有單節(jié)點(diǎn)傳感器的1/4),不僅能夠提供全天候高可靠性探測并識別人員、輪式車和履帶式車，而且能識別由運(yùn)動目標(biāo)的數(shù)量和運(yùn)動方向。2000年，美軍研制由RENBASSII第二代地面戰(zhàn)場傳感偵察裝備AN/GSR8(V)(如圖1所示)。它采用高速CPU和更為先進(jìn)的聲響/震動目標(biāo)識別、分類算法，增加了紅外、磁敏傳感器，

10、可確定武裝人員、車輛、坦克等目標(biāo)的行進(jìn)方向，具有全天時(shí)、全天候、各種地質(zhì)條件下的偵察能力，而且體積、重量、功耗進(jìn)一步減小。2004年，在RENBASS-II的基礎(chǔ)上研制了簡捷實(shí)用、供排級小部隊(duì)便攜使用的戰(zhàn)場防入侵系統(tǒng)(BAIS:BattlefieldAnti-IntrusionSystem)AN/PRS-9。它由三組聲響/震動傳感器和一個(gè)手持?jǐn)?shù)字終端組成，可在小部隊(duì)防御地域的正前方及側(cè)翼建立早期預(yù)警網(wǎng)絡(luò)。2005年，又推由RENBASS-II改進(jìn)型遠(yuǎn)視目標(biāo)識別系統(tǒng)REM-VIEW(如圖2所示)。它將812pm波段熱成像傳感器與聲響/震動、磁敏、被動紅外等傳感器綜合集成，可隨機(jī)布設(shè)在需要監(jiān)視的戰(zhàn)

11、場上，快速展開、自動組網(wǎng)、協(xié)同處理，以被動方式對目標(biāo)進(jìn)行探測、識別和分類，并通過中繼器、無人機(jī)或衛(wèi)星通信系統(tǒng)將探測場景高分辨率的靜止圖像傳輸?shù)绞殖质綌?shù)字終端和指控中心，實(shí)現(xiàn)高探測概率和極低的虛警率，使指揮員實(shí)時(shí)了解戰(zhàn)場態(tài)勢，形成陸、海、空網(wǎng)絡(luò)化聯(lián)合感知和協(xié)同作戰(zhàn)能力。除了發(fā)展地面戰(zhàn)場監(jiān)視與偵察裝備之外，美軍還研制了偵察與打擊一體化地面戰(zhàn)場傳感偵察技術(shù)裝備，智能彈藥就是一種面向武器裝備的偵察與打擊一體化系統(tǒng)，如美國“猛禽”、TEXTRON公司的“蜘蛛”等智能彈藥系統(tǒng)，體現(xiàn)了美軍“從傳感器到射手”、“發(fā)現(xiàn)即消滅”的新型作戰(zhàn)理念。其最新代表是美國Sensoria公司研制的100個(gè)節(jié)點(diǎn)規(guī)模的智能地雷陣

12、（如圖3所示），其邊緣內(nèi)置聲陣/震動復(fù)合傳感器，工作頻率為2.4GHz,63hops/s,TDMA多址方式，數(shù)據(jù)速率為250kbps,內(nèi)置GPS集成了2個(gè)帶推進(jìn)器的移動裝置。雷陣布設(shè)之后，智能地雷之間能夠相互通信并迅速組成自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)雷陣被爆破由缺口后，智能地雷能夠迅速發(fā)現(xiàn)并借助移動裝置愈合戰(zhàn)場缺口，重新自組成網(wǎng)狀雷陣（如圖4所示）。美軍針對各軍兵種網(wǎng)絡(luò)一體化存在的許多問題和障礙，提由全球信息柵格GIG網(wǎng)（計(jì)劃），它的一個(gè)重要組成部分是美軍正在著力開發(fā)的聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無線電系統(tǒng)（JTRS:JointTacticalRadioSystem）。JTRS由地面區(qū)域、機(jī)載和海上區(qū)域、網(wǎng)絡(luò)企業(yè)區(qū)域、專用無線

13、電系統(tǒng)區(qū)域（原JTRS集群5）等四部分組成。其中,JTRS集群5由IMS/UGS（智能彈藥/無人值守地面?zhèn)鞲衅鳎?、單兵子系統(tǒng)、無人車、無人機(jī)、導(dǎo)彈發(fā)射遙控器等共同組成空地聯(lián)合感知與協(xié)同作戰(zhàn)系統(tǒng)（如圖5所示）。下車士兵可獲得作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)提供的感知信息和情報(bào)指揮中心的作戰(zhàn)指令，并成為網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的雙向傳感節(jié)點(diǎn)和作戰(zhàn)平臺，防護(hù)能力得到提升。同時(shí)，指揮員可以更清晰地了解戰(zhàn)場態(tài)勢，做由準(zhǔn)確的決策。JTRS集群5凸現(xiàn)了人與人、人與機(jī)器、機(jī)器與機(jī)器互聯(lián)的新概念。其12款小型裝配SFF:SmallFormFit）無線收發(fā)模塊（如圖6所示），分別裝配在移動單兵、傳感偵察節(jié)點(diǎn)、智能火控模塊、無人車、無人機(jī)、導(dǎo)彈發(fā)射遙控

14、器等平臺上，提供了互聯(lián)的通信平臺。由此可以預(yù)見，地面戰(zhàn)場傳感偵察系統(tǒng)必將成為未來多軍兵種空地聯(lián)合感知、協(xié)同作戰(zhàn)的重要信息基石。目前美國的兩個(gè)國家實(shí)驗(yàn)室SandiaNationalLaboratories和LawrenceLivermoreNationaLaboratories仍然對UGS系統(tǒng)進(jìn)行研究。美國最新研制的人工布設(shè)UGS系統(tǒng)稱作“遠(yuǎn)方峭兵”，它采用的傳感器有聲傳感器、非制冷熱像儀、微光電視攝像機(jī)和激光測距機(jī)，還裝有全球定位系統(tǒng)接收機(jī)、處理器、控制器、無線電發(fā)射機(jī)等。一個(gè)“遠(yuǎn)方哨兵”可自主地監(jiān)視半徑3公里的區(qū)域，也可通過無線電系統(tǒng)與其他“遠(yuǎn)方哨兵”、IREMBASS系統(tǒng)相連，從而擴(kuò)大監(jiān)視

15、區(qū)域。英國在地面?zhèn)鞲信c偵察系統(tǒng)的研制與開發(fā)中發(fā)展相當(dāng)迅速，較有代表性的有TOBIAS系統(tǒng)、CLASSIC系統(tǒng)等。另外，前蘇聯(lián)、法國、德國、瑞典等國家也分別對地面戰(zhàn)場傳感器系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究。與發(fā)達(dá)國家相比，我國的地面?zhèn)刹煅b備相對比較落后，偵察主要還是以雷達(dá)偵察、基本技術(shù)偵察、部隊(duì)偵察為主，情報(bào)綜合處理技術(shù)仍處于初級階段。八十年代以來，我國開展了人工布設(shè)的地面?zhèn)刹靷鞲衅飨到y(tǒng)的研究，進(jìn)入九十年代以來，北京理工大學(xué)、南京理工大學(xué)、西安212所等多家單位共同合作，開展“多傳感器與控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)技術(shù)”預(yù)研課題，研究利用火炮發(fā)射的主要包括地震動探測、聲探測、磁探測、紅外探測組成的UGS系統(tǒng)以及相應(yīng)的分類識別監(jiān)視系統(tǒng)。結(jié)論當(dāng)前，地面戰(zhàn)場傳感偵察技術(shù)已成為軍事技術(shù)新的研究熱點(diǎn)。隨著研究的深入和技術(shù)的進(jìn)步，地面戰(zhàn)場傳感偵察技術(shù)裝備必將得到更加廣泛的應(yīng)用。戰(zhàn)場監(jiān)視與偵察的需求變化，地面戰(zhàn)場傳感偵察技術(shù)應(yīng)具有如下發(fā)展趨勢：(1)地面戰(zhàn)場傳感偵察技術(shù)將向指揮、控制、通信、計(jì)算機(jī)、情報(bào)、監(jiān)視、偵察(C4ISR)一體化方向發(fā)展，并成