傳感器傳感網絡與戰場感知

何通

（軍事交通學院 天津 300161）

傳感器傳感網絡與戰場感知

何通

（軍事交通學院 天津 300161）

現代信息技術的基礎包括信息采集、信息傳輸與信息處理。信息采集離不開傳感器技術。傳感器位于信息采集系統之首，是信息系統的基石。而傳感器與傳感網絡在戰場環境的感知與信息采集處理中，扮演著舉足輕重的角色。

傳感器；傳感網絡；戰場感知

1 傳感技術概述

1.1 傳感器

能夠把特定的被測量信息（如物理量、化學量、生物量等）按一定規律轉換成某種可用信號的器件或裝置，稱作傳感器。

通常傳感器由敏感元件、轉換元件、信號調理轉換電路以及所需的電源組成。傳感器組成框圖如圖1所示。

圖1 傳感器組成框圖

1.2 傳感器的信息處理技術

目前人工智能應用到測量系統以實現智能化測量。而實現智能化測量的基礎技術正是多傳感器數據融合、模糊處理以及人工智能網絡。

1.2.1 多傳感器數據融合

在多傳感器系統中，按一定法則和途徑使各傳感器的探測結果滲透、互補，通過精煉和組合以獲得被測量對象的一致性解釋和描述，這種信息處理過程稱為“信息融合”。綜合利用多傳感器信息，通過它們之間的協調和性能互補的優勢，克服單個傳感器的不確定性和局限性，提高整個傳感器系統有效性能，全面準確的描述被測對象。

多傳感器融合在軍事領域得到了廣泛的應用，如多基地雷達警戒跟蹤網、宙斯盾作戰指揮系統，“愛國者”導彈系統都是著名的例子。

1.2.2 模糊信息處理技術

有別于傳統的信息處理技術，模糊信息處理在實現類似人類大腦的信息處理過程中，采用的是多值邏輯，而不是傳統的二值邏輯概念；模糊信息處理主要應用可能性理論而不是傳統信息處理中的概率、統計方法；有別于傳統信息處理中基于數學模型的方法，模糊信息處理基于知識模型。

模糊傳感器可廣泛應用于涉及人類自身知識和經驗的測量領域，以及經典傳感器測量難以進行的應用場合等。

1.2.3 基于人工神經網絡傳感器信息處理技術

人工神經網絡是由大量基本元件——神經元相互連接而成。每個神經元的結構和功能比較簡單，但大量神經元件組成的神經網絡具有復雜的功能。人工神經網絡是一個非線性的并行處理系統，采用分布式存儲結構，信息分布在神經元之間的連接強度（即權重）上，存儲區和計算區合在一起。它的信息處理方式不是按給定的程序一步步地執行運算，而是通過對樣本的學習和訓練中改變調整神經元之間的權重，以適應環境，總結規律，完成運算，識別或控制。它具有初步的自適應與自組織能力，具有學習功能，可以反映人腦功能的若干基本特征。利用人工神經網絡可以實現許多人類的智能活動，如學習、識別、分類、判斷、推理、預測等，它在信息處理、自動控制等領域得到廣泛的應用。

2 傳感網絡

傳感網絡主要是將傳感器技術、通信技術以及計算機技術相結合，從而實現信息的采集、傳輸和處理的一體化，聯結網絡內各節點對目標信息進行全面周到的感知。

2.1 多傳感器綜合偵察系統

隨著技術的發展和戰場偵察的需要，將幾種傳感器組合成綜合偵察系統成為一種發展趨勢。現代戰爭要求預警系統能監視盡可能大的空間范圍和盡可能多的目標，要求偵察系統能發現和識辨偽裝、隱身目標，要求制導系統能識別誘餌和對抗干擾。傳統的單傳感器探測模式已不能適應作戰指揮系統和武器控制系統對信息的需要。包括微波雷達、激光雷達、可見光照相和熱成相等偵察設備的綜合性探測系統應運而生。如加拿大通用動力公司生產的“全天候多光譜偵察系統”（AWMSS），它集成了幾種陸基傳感器組件，包括K波段脈沖多普勒雷達、晝夜高分辨率連續變焦攝像機、具有寬窄兩種視場的3～12μm熱像儀和人眼安全鉺玻璃激光測距機等。系統安裝在方位/俯仰平臺上，可進行360°偵察和精確控制遠距離激光測距。

現代探測系統用電、磁、聲和光等多種傳感器探測同一目標，從而使探測結果具有廣闊的空間覆蓋和不間斷的時間覆蓋性能。隨著測量維數的增多，測量準確性和時空分辨率得到大幅度改善。同時使傳感器系統具有更好的故障容錯與系統重構能力。可見光、紅外光和微波的成像原理不同，三種技術所得的圖像信息可以互補。多傳感器能為目標識別提供更多的特征信息，為決策提供反映目標及環境的各側面的不同類型的信息。美國RemoteReality公司與McQ聯合公司一起，為美國陸軍和海軍陸戰隊研制了一種先進的戰場偵察系統——“360°目視增強跟蹤系統”（OVETS）。它把特制的光學系統與紅外熱像儀、聲音傳感器、震動傳感器和磁性傳感器組合在一起，可提供360°視場，自動跟蹤和定位熱輻射目標。目標數據通過通信網絡進行傳輸，在指揮所的態勢感知顯示器上顯示目標信息及360圖像。

英國塔萊斯防務通信公司生產的“用于人侵目標分類的隱蔽式局域傳感器系統”（CLASSIC）——“經典2000”系統，可以對目標進行探測和分類，并指示方向。它利用不同的傳感器和信號處理算法，能將虛警率降到最低。“經典2000”系統由偵察系統、震動/紅外傳感器和磁/紅外傳感器網絡組成，其中，地震/紅外傳感器可配備地音探聽器、壓電電纜、短波、中波和長波紅外探測器和絆網。而且，“經典2000”系統用中繼裝置可以延伸傳感器和偵察系統之間的距離。

傳感器綜合偵察系統裝載在車輛上，就可以形成可移動全天候偵察系統。例如，土耳其阿塞桑電子工業公司生產的“模塊式偵察與監視裝甲車”（MARS-V）上裝有地面偵察雷達、熱像儀和白晝電視系統，這些傳感器系統都安裝在以44裝甲車為平臺的一個升降機構上。

2.2 “靈巧塵埃”微型傳感器網絡

美國的“靈巧塵埃”（Smart Dust）計劃要建立一種典型的分布式微型傳感器網絡，由成百上千個微小的“塵埃”（mote）組成。每一個“塵埃”是一個自主傳感器節點，包括電子器件、電源和通信結構。“塵埃”之間能夠互相通信，并能與普通計算機聯網。

“靈巧塵埃”技術已經在美國海軍陸戰隊空地戰中心進行了一系列評估試驗。用于演示的“宏塵埃”（macro mote）體積16cm3，總重量（包括鋰電池）25g，由主板、傳感器板和電源板組成。主板包括微處理器、無線電臺和存儲器；傳感器板包含雙軸磁強計。在進行的一次野外驗證性試驗中，1架飛行高度在30.5m的無人機上空投部署了有6個傳感器節點的傳感器網絡。傳感器著陸后.每個傳感器之間相距5m，距公路20m遠，微傳感器的時鐘同步，處于待機狀態。目標在傳感器附近通過時，各節點分別探測、記錄、存儲并彼此交換目標信息。無人機再次巡航到此時，向地面網絡發送詢問信號，地而傳感器將儲存的目標信息發送給無人機，無人機將信息送回基地。

3 結語

本文就傳感器、傳感網絡以及其在戰場感知中的應用進行了初步的探討，當下技術更新日新月異，傳感技術在未來的各方領域中必將發揮越來越重要的角色。

[1]余瑞芳，主編.傳感器原理.北京：航空工業出版社，1995.

[2]李圣怡，葉湘濱.軍用傳感技術的現狀和發展.傳感器論文集，2001.

[3]劉迎春，葉湘濱，編著.現代新型傳感器原理和應用.北京：國防工業出版社，1998.

[4]汪維余，劉利民，主編.高技術局部戰爭研究.北京：軍事誼文出版社，2000.

TN95

A

1004-7344（2016）11-0260-02

2016-3-26

何通（1995-），男，漢族，四川南部人，研究方向為傳感器應用。