傳感器的軍事應(yīng)用

傳感器在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用什么是傳感器：傳感器就是能感知外界信息并能按一定規(guī)律將這些信息轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的裝置；簡(jiǎn)單說(shuō)傳感器是將外界信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的裝置。所以它由敏感元器件（感知元件）和轉(zhuǎn)換器件兩部分組成，有的半導(dǎo)體敏感元器件可以直接輸出電信號(hào)，本身就構(gòu)成傳感器。敏感元器件品種繁多，就其感知外界信息的原理來(lái)講，可分為：①物理類(lèi)，基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效應(yīng)。②化學(xué)類(lèi)，基于化學(xué)反應(yīng)的原理。③生物類(lèi)，基于酶、抗體、和激素等分子識(shí)別功能。通常據(jù)其基本感知功能可分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類(lèi)。傳感器的分類(lèi)：一溫度傳感器溫度傳感器主要由熱敏元件組成。熱敏元件品種教多，市場(chǎng)上銷(xiāo)售的有雙金屬片、銅熱電阻、鉑熱電阻、熱電偶及半導(dǎo)體熱敏電阻等。以半導(dǎo)體熱敏電阻為探測(cè)元件的溫度傳感器應(yīng)用廣泛，這是因?yàn)樵谠试S工作條件范圍內(nèi)，半導(dǎo)體熱敏電阻器具有體積小、靈敏度高、精度高的特點(diǎn)，而且制造工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉。二光傳感器光傳感器主要由光敏元件組成。目前光敏元件發(fā)展迅速、品種繁多、應(yīng)用廣泛。市場(chǎng)出售的有光敏電阻器、光電二極管、光電三極管、光電耦合器和光電池等。

光敏電阻器光敏電阻器由能透光的半導(dǎo)體光電晶體構(gòu)成，因半導(dǎo)體光電晶體成分不同，又分為可見(jiàn)光光敏電阻（硫化鎘晶體）、紅外光光敏電阻（砷化鎵晶體）、和紫外光光敏電阻（硫化鋅晶體）。當(dāng)敏感波長(zhǎng)的光照半導(dǎo)體光電晶體表面，晶體內(nèi)載流子增加，使其電導(dǎo)率增加（即電阻減小）。三氣敏傳感器由于氣體與人類(lèi)的日常生活密切相關(guān)，對(duì)氣體的檢測(cè)已經(jīng)是保護(hù)和改善生態(tài)居住環(huán)境不可缺少手段，氣敏傳感器發(fā)揮著極其重要的作用。例如生活環(huán)境中的一氧化碳濃度達(dá)0.8～1.15ml/L時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)呼吸急促，脈搏加快，甚至?xí)炟实葼顟B(tài)，達(dá)1.84ml/L時(shí)則有在幾分鐘內(nèi)死亡的危險(xiǎn)，因此對(duì)一氧化碳檢測(cè)必須快而準(zhǔn)。利用SnO2金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏材料，通過(guò)顆粒超微細(xì)化和摻雜工藝制備SnO2納米顆粒，并以此為基體摻雜一定催化劑，經(jīng)適當(dāng)燒結(jié)工藝進(jìn)行表面修飾，制成旁熱式燒結(jié)型CO敏感元件，能夠探測(cè)0.005%～0.5%范圍的CO氣體。還有許多易爆可燃?xì)怏w、酒精氣體、汽車(chē)尾氣等有毒氣體的進(jìn)行探測(cè)的傳感器。常用的主要有接觸燃燒式氣體傳感器、電化學(xué)氣敏傳感器和半導(dǎo)體氣敏傳感器等。接觸燃燒式氣體傳感器的檢測(cè)元件一般為鉑金屬絲（也可表面涂鉑、鈀等稀有金屬催化層），使用時(shí)對(duì)鉑絲通以電流，保持300℃～400℃的高溫，此時(shí)若與可燃性氣體接觸，可燃性氣體就會(huì)在稀有金屬催化層上燃燒，因此鉑絲的溫度會(huì)上升，鉑絲的電阻值也上升；通過(guò)測(cè)量鉑絲的電阻值變化的大小，就知道可燃性氣體的濃度。電化學(xué)氣敏傳感器一般利用液體（或固體、有機(jī)凝膠等）電解質(zhì)，其輸出形式可以是氣體直接氧化或還原產(chǎn)生的電流，也可以是離子作用于離子電極產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)。目前國(guó)產(chǎn)的氣敏元件有2種。一種是直熱式，加熱絲和測(cè)量電極一同燒結(jié)在金屬氧化物半導(dǎo)體管芯內(nèi)；旁熱式氣敏元件以陶瓷管為基底，管內(nèi)穿加熱絲，管外側(cè)有兩個(gè)測(cè)量極，測(cè)量極之間為金屬氧化物氣敏材料，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。四力敏傳感器力敏傳感器的種類(lèi)甚多，傳統(tǒng)的測(cè)量方法是利用彈性材料的形變和位移來(lái)表示。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，利用半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)（即對(duì)其某一方向施加壓力，其電阻率就發(fā)生變化）和良好的彈性，已經(jīng)研制出體積小、重量輕、靈敏度高的力敏傳感器，廣泛用于壓力、加速度等物理力學(xué)量的測(cè)量。五磁敏傳感器目前磁敏元件有霍爾器件（基于霍爾效應(yīng)）、磁阻器件（基于磁阻效應(yīng)：外加磁場(chǎng)使半導(dǎo)體的電阻隨磁場(chǎng)的增大而增加。）、磁敏二極管和三極管等。以磁敏元件為基礎(chǔ)的磁敏傳感器在一些電、磁學(xué)量和力學(xué)量的測(cè)量中廣泛應(yīng)用。在一定意義上傳感器與人的感官有對(duì)應(yīng)的關(guān)系，其感知能力已遠(yuǎn)超過(guò)人的感官。例如利用目標(biāo)自身紅外輻射進(jìn)行觀察的紅外成像系統(tǒng)（夜像儀），黑夜中可1000米發(fā)現(xiàn)人，2000米發(fā)現(xiàn)車(chē)輛；熱像儀的核心部件是紅外傳感器。1991年海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，伊拉克的坦克配置的夜視儀探測(cè)距離僅800米，還不及美英聯(lián)軍的一半，黑暗中被打得慘敗是必然的。目前世界各國(guó)都將傳感器技術(shù)列為優(yōu)先發(fā)展的高新技術(shù)的重點(diǎn)。為了大幅度提供傳感器的性能，將不斷采用新結(jié)構(gòu)、新材料和新工藝，向小型化、集成化和智能的方向發(fā)展。傳感器在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在軍事中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì):(1)可快速部署。由于傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)單個(gè)體積較小，通過(guò)飛機(jī)或炮彈就能直接將傳感器節(jié)點(diǎn)播撒到敵方陣地內(nèi)部，或者是敵我雙方的公共隔離帶，在部署之后節(jié)點(diǎn)之間可以快速進(jìn)行無(wú)線網(wǎng)絡(luò)鏈接，在獲基站所下任務(wù)命令后，迅速收集戰(zhàn)場(chǎng)信息，并及時(shí)將所得作戰(zhàn)信息反饋給指揮中心。(2)可自組織性。傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量的隨機(jī)分機(jī)的節(jié)點(diǎn)組成的，即使一部分傳感器節(jié)點(diǎn)被敵方破壞，剩下的節(jié)點(diǎn)依然能夠自組織地形成網(wǎng)絡(luò)。而這一點(diǎn)是獨(dú)立的衛(wèi)星和地面雷達(dá)偵察系統(tǒng)所不能比擬的。傳感器網(wǎng)絡(luò)還可以借助個(gè)別具有移動(dòng)能力的節(jié)點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到有效消除探測(cè)區(qū)域內(nèi)盲點(diǎn)和陰影的效果。(3)強(qiáng)隱蔽性。傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)體積微小，可悄無(wú)聲息地發(fā)送到敵人內(nèi)部，于無(wú)聲息處收集戰(zhàn)場(chǎng)信息?！爸悄軌m?！笔巧鲜兰o(jì)90年代末由美國(guó)國(guó)防部提供資金、加州大學(xué)伯克利分校實(shí)施的一項(xiàng)課題，其中所做的傳感器節(jié)點(diǎn)已達(dá)到沙粒級(jí)別，但是它卻包含了從信息收集、信息處理到信息發(fā)送所必需的全部部件。未來(lái)的智能微塵甚至可以懸浮在空中幾個(gè)小時(shí)，搜集、處理和發(fā)射信息，它能夠僅靠電池工作多年。智能微塵的遠(yuǎn)程傳感器芯片能夠跟蹤敵人的軍事行動(dòng)，可以把大量智能微塵裝在宣傳品、子彈或炮彈中，在目標(biāo)地點(diǎn)撒落下去，形成嚴(yán)密的監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)，敵國(guó)的軍事力量和人員、物資的流動(dòng)自然一清二楚。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在軍事領(lǐng)域中的應(yīng)用情況1)戰(zhàn)場(chǎng)偵察與監(jiān)視。在敵方陣地附近、道路、橋梁、港口等關(guān)鍵地區(qū)部署各種類(lèi)型的傳感器，了解敵方動(dòng)向，以及武器裝備的部署情況。分布式傳感器在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用已有幾十年的歷史。在20世紀(jì)60年代的越南戰(zhàn)爭(zhēng)期間，美軍就使用了當(dāng)時(shí)被稱為“熱帶樹(shù)”的無(wú)人值守傳感器網(wǎng)絡(luò)來(lái)對(duì)付北越的“胡志明小道”。所謂“熱帶樹(shù)”實(shí)際上是一個(gè)震動(dòng)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，僅露出偽裝成樹(shù)枝的無(wú)線電天線。當(dāng)人員、車(chē)輛等目標(biāo)在其附近行進(jìn)時(shí)，“熱帶樹(shù)”便探測(cè)到目標(biāo)產(chǎn)生的震動(dòng)和聲信息，并立即將信息數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線電通信發(fā)送給指揮中心。指揮管理中心對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，得到行進(jìn)人員、車(chē)輛等目標(biāo)的地點(diǎn)位置、規(guī)模和行進(jìn)方向等信息，然后進(jìn)行指揮決策?！盁釒?shù)”越戰(zhàn)中的成功應(yīng)用，促使許多國(guó)家戰(zhàn)后紛紛研制和裝備各種無(wú)從值守的地面?zhèn)鞲衅飨到y(tǒng)(UnattendedGroundSensors,UGS)。美軍的遠(yuǎn)程戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視傳感器系統(tǒng)(RemotelyMnitororedBattlefieldSensorsSystem,REMBASS)項(xiàng)目已經(jīng)為UGS的成功使用進(jìn)行了驗(yàn)證。REMBASS使用了遠(yuǎn)距離監(jiān)視傳感器，由人工放置在敵人可能經(jīng)過(guò)的道路。這些傳感器可以對(duì)敵人的活動(dòng)兩句引起的信號(hào)做出響應(yīng)，記錄下諸如地面震動(dòng)、聲音、紅外和磁場(chǎng)變化等物理量。REMBASS可以在本地節(jié)點(diǎn)處理傳感器獲取的數(shù)據(jù)，以直接或通過(guò)無(wú)線中繼設(shè)備把探測(cè)、分類(lèi)的信息傳輸?shù)絺鞲衅鞅O(jiān)視設(shè)備。傳感器監(jiān)視設(shè)備對(duì)收到的信息進(jìn)行解調(diào)、解碼、顯示和記錄，提供敵方活動(dòng)的完整時(shí)間記錄。此外用于戰(zhàn)場(chǎng)偵察監(jiān)視的還有美軍C4KISR計(jì)劃中的SmartSensorWeb、靈巧傳感器網(wǎng)絡(luò)通信、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境偵察與監(jiān)視系統(tǒng)等項(xiàng)目；用于對(duì)付狙擊手的槍聲定位系統(tǒng)；用于探測(cè)低空飛行器的DSN系統(tǒng)；用于對(duì)電磁信號(hào)進(jìn)行偵察與干擾的“狼群”系統(tǒng)等。2)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知?，F(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)被人們喻為“感知者的勝利”，在新的軍事競(jìng)爭(zhēng)背景下，掌控“透明戰(zhàn)場(chǎng)”既是軍事信息技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果，也是當(dāng)今各軍事強(qiáng)國(guó)的建設(shè)重點(diǎn)。美國(guó)空軍已經(jīng)在戰(zhàn)略計(jì)劃制定部門(mén)中組建了態(tài)勢(shì)感知特別工作組，提高部隊(duì)的傳感器分析和數(shù)據(jù)整合能力，并先后研制了快速攻擊識(shí)別、探測(cè)和報(bào)告系統(tǒng)、戰(zhàn)場(chǎng)感知廣域視界傳感器等感知系統(tǒng)。美軍的未來(lái)戰(zhàn)斗系統(tǒng)為士兵提供全天候、全天識(shí)別目標(biāo)的功能。美軍開(kāi)展的其他類(lèi)似項(xiàng)目還包括陸軍“無(wú)人值守地面?zhèn)鞲衅魅骸薄⒑＼姟皞鞲衅鹘M網(wǎng)系統(tǒng)”等。特別是自從阿富汗和伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)以來(lái)，戰(zhàn)爭(zhēng)樣式具有了更多的網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)成分，即大量采用IP和WEB技術(shù)。美國(guó)近年來(lái)強(qiáng)調(diào)的“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)”、“行動(dòng)中心戰(zhàn)”和“傳感器到射手”等作戰(zhàn)模式，都特別突出傳感器組網(wǎng)來(lái)提高態(tài)勢(shì)感知能力，將傳感技術(shù)探測(cè)獲得的目標(biāo)信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳輸給武器裝備，為武器裝備射擊提供及時(shí)的信息，例如，美軍開(kāi)始研制的“戰(zhàn)場(chǎng)感知與數(shù)據(jù)分發(fā)”系統(tǒng)就是用來(lái)演示和實(shí)踐新型作戰(zhàn)模式。3)戰(zhàn)場(chǎng)目標(biāo)跟蹤無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有微型化終端探測(cè)的功能以及自組網(wǎng)的特點(diǎn)，因而在目標(biāo)跟蹤應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越明顯，其中：跟蹤更精細(xì)，密集部署的微型化傳感器節(jié)點(diǎn)可以對(duì)移動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行精確探測(cè)、位置跟蹤和控制，從而可以詳細(xì)顯示出移動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)情況；跟蹤更可靠，由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自治、自組織和高密度部署，當(dāng)節(jié)點(diǎn)失效或新的節(jié)點(diǎn)加入，可以在惡劣的環(huán)境中自動(dòng)配置容錯(cuò)，使得無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在跟蹤目標(biāo)時(shí)具有較高的可靠性、容錯(cuò)性和魯棒性；跟蹤更及時(shí)，多種傳感器的同步監(jiān)控，使得移動(dòng)目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)更及時(shí)，也更容易實(shí)現(xiàn)分布的數(shù)據(jù)處理、多種異構(gòu)傳感器節(jié)點(diǎn)相互之間協(xié)同工作，使得目標(biāo)的跟蹤過(guò)程更加全面；跟蹤更隱蔽，由于傳感器節(jié)點(diǎn)體積小，無(wú)線傳輸功率小，不易被敵方發(fā)現(xiàn)，因而可以對(duì)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)更隱蔽的跟蹤，同時(shí)也方便部署應(yīng)用。4)核、生、化監(jiān)測(cè)借助于生物和化學(xué)傳感器，可以及旱發(fā)現(xiàn)已方陣地上的生、化污染，可以較為安全地獲取一些核、生、化爆炸現(xiàn)場(chǎng)的詳細(xì)數(shù)據(jù)，為已方組織防護(hù)提供快速反應(yīng)時(shí)間從而減少損失。2002年5月，美國(guó)Sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室與美國(guó)能源部合作，共同研究能夠盡早發(fā)現(xiàn)以地鐵、車(chē)站等場(chǎng)所為目標(biāo)的生化武器襲擊，并及時(shí)采取防范對(duì)策的系統(tǒng)。它屬于美國(guó)能源部恐怖對(duì)策項(xiàng)目的重要一環(huán)。該系統(tǒng)集檢測(cè)有毒氣體和化學(xué)傳感器和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一體。安裝在車(chē)況的傳感器一旦檢測(cè)到某種有害物質(zhì)，就會(huì)自動(dòng)向管理中心通報(bào)，自動(dòng)進(jìn)行引導(dǎo)旅客避難的廣播，并封鎖有關(guān)入口等。該系統(tǒng)除了能夠在專(zhuān)用管理中心進(jìn)行監(jiān)視外，還可以通過(guò)Internet進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視。自己的想法：上課提到小型傳感器后我就在想，可以用他們建成傳感器網(wǎng)絡(luò)，用來(lái)檢測(cè)一定范圍的敵軍機(jī)械化部隊(duì)的數(shù)量，該系統(tǒng)能夠散射網(wǎng)到各個(gè)地方,甚至覆蓋整個(gè)戰(zhàn)場(chǎng),運(yùn)用傳感器檢測(cè)金屬或者磁場(chǎng)以偵測(cè)運(yùn)動(dòng)的高金屬含量目標(biāo),可用于偵察和定位敵軍坦克和車(chē)輛。給予遠(yuǎn)程作戰(zhàn)部隊(duì)精確坐標(biāo)，可以在較少傷亡的情況下進(jìn)行精確打擊。如果換成熱感應(yīng)傳感器的話，可以精確定位狙擊手或敵方小股部隊(duì)的位置，可以有效防止?jié)B透和刺殺的發(fā)生，好像在伊拉克戰(zhàn)場(chǎng)上美軍已經(jīng)用到了相關(guān)的傳感器來(lái)打擊伊拉克的狙擊手。至于課上討論的能源問(wèn)題，我認(rèn)為采用老師所說(shuō)的利用地震波來(lái)轉(zhuǎn)化為能源的方式可能成本略高，其實(shí)就用生物電池就可以了，生物電池也有較強(qiáng)的續(xù)航性，而且成本不高，所以應(yīng)該比較合適。課后感：《傳感器》是一門(mén)實(shí)用性很強(qiáng)的課程，在老師的講述過(guò)程中，讓我們很有感想，老師通俗易懂的講課方式，使我們更容易的接受了這一門(mén)新課程和一個(gè)新的領(lǐng)域。《傳感器》的教學(xué)方式也注定了能更好的被我們掌握，理論與實(shí)習(xí)相結(jié)合的方式，我們更全面的認(rèn)識(shí)了傳感器。傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，尤其是軍事方面，對(duì)于身為國(guó)防生的我們，深深的吸引了我的注意，在學(xué)習(xí)和實(shí)習(xí)的過(guò)程中更有興趣更加主動(dòng)的去接受這方面的知識(shí)。我不僅在上課和實(shí)習(xí)期間努力的去學(xué)習(xí)傳感器方面的知識(shí)，在課余時(shí)間，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和圖書(shū)館，在傳感器的理論