戰(zhàn)場(chǎng)傳感器簡(jiǎn)介

1、戰(zhàn)場(chǎng)傳感器簡(jiǎn)介戰(zhàn)場(chǎng)的偵察和監(jiān)視技術(shù)是隨著戰(zhàn)爭(zhēng)形式的發(fā)展而發(fā)展 起來(lái)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(duì)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(wú)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(lái)， 偵察信息的 獲取和處理又進(jìn)入了一個(gè)全新的時(shí)

2、期。海灣戰(zhàn)爭(zhēng)和科索沃戰(zhàn) 爭(zhēng)充分表明，現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)是高技術(shù)條件下的局部戰(zhàn)爭(zhēng)，戰(zhàn)場(chǎng)態(tài) 勢(shì)瞬息萬(wàn)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(zhēng)對(duì)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(shuí)在信息獲取技術(shù)方面占有優(yōu)勢(shì)，誰(shuí)就將贏得軍 事行動(dòng)的主動(dòng)權(quán)。因此，世界各國(guó)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。在陸海空天四維空間偵察中，地面?zhèn)刹焓遣豢苫蛉钡囊?維。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(wú) 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

3、戰(zhàn)場(chǎng)傳感偵察系統(tǒng)被美軍稱(chēng)為無(wú)人值守地面?zhèn)鞲衅?U G S(Unattended Ground Sensor) ,是一種無(wú)源被動(dòng) 探測(cè)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(chǎng)傳感偵察系統(tǒng)最早由美國(guó)軍方在越戰(zhàn)時(shí)期推由，成功監(jiān) 測(cè)了胡志明小道的動(dòng)向，并引導(dǎo)空軍對(duì)其實(shí)施了封鎖。受此 豉舞，美國(guó)國(guó)防部國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局 (DARPA : D e f e n s e A d v a n c e d R e s e a r c h Projects Agency) 和美國(guó) 國(guó)家科學(xué)基金委員會(huì)(NSF : National ScienceFoundation) 聯(lián)合資助了一系列研究計(jì)劃，推動(dòng)了以

4、網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)為核心的 新軍事革命。2 0 0 3年，美國(guó)陸軍首席科學(xué)家安德魯斯博士指由， 未來(lái)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)斗系統(tǒng)， 由無(wú)人值守地面 傳感器、智能武器系統(tǒng)及無(wú)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(chǎng) 傳感偵察系統(tǒng)在全球信息柵格網(wǎng)(GIG :Global Information Grid）中的地位。地面戰(zhàn)場(chǎng)傳感偵察系統(tǒng)能夠用于對(duì)地面目標(biāo)探測(cè)與戰(zhàn) 場(chǎng)監(jiān)視、對(duì)空中目標(biāo)探測(cè)以及區(qū)域入侵報(bào)警等。它一般設(shè)置 在地面上，通過(guò)多種 傳感器自動(dòng)收集遠(yuǎn)距離目標(biāo)的信息而無(wú) 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(chǎng)

5、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(wú)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(chǔ)能力受限、 通信能力受限）”的技術(shù)特點(diǎn)。其中，傳感器模塊包括：聲響、震動(dòng)、磁敏、紅外、溫 濕度、視頻、生化、核輻射、組合氣象等多種類(lèi)傳感器。地面戰(zhàn)場(chǎng)傳感偵察系統(tǒng)通過(guò)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(guò) 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(shù)型等多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，推舉的簇頭通過(guò)單跳或多跳路由與隱 蔽的匯聚節(jié)點(diǎn)相連，并通過(guò)中繼器、無(wú)人機(jī)或衛(wèi)星接入戰(zhàn)場(chǎng) 數(shù)據(jù)鏈，對(duì)敵方武裝人員、輪式車(chē)、履帶車(chē)、超低空飛行器

6、等目標(biāo)，實(shí)施無(wú)人值守、晝夜監(jiān)視，以及進(jìn)行檢測(cè)、識(shí)別、 分類(lèi)、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(chǎng)傳感偵察情報(bào)，根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)做由反應(yīng)決策，完成 火力控制、精確制導(dǎo)、電子對(duì)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(chǎng)傳感偵察系統(tǒng)是一種大規(guī)模的、動(dòng)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(dòng)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(guò)單節(jié)點(diǎn)多 種類(lèi)傳感器的數(shù)據(jù)融合降低虛警率，并通過(guò)多

7、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(shí)別率，改善目 標(biāo)定位和跟蹤精度，形成準(zhǔn)確的態(tài)勢(shì)感知，緩解四大受限。發(fā)展進(jìn)程在6 0年代的越南戰(zhàn)爭(zhēng)期間，美軍就使用當(dāng)時(shí)被稱(chēng)為“熱 帶樹(shù)”的無(wú)人值守傳感器來(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)地震動(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，僅露由偽裝成數(shù) 枝的無(wú)線電天線，因而被稱(chēng)為“熱帶樹(shù)”。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)生的地震 動(dòng)和聲信息，并立即將信息通過(guò)無(wú)線電通信發(fā)送給指揮中 心。指揮中心對(duì)信息進(jìn)行處理后得到行進(jìn)人員或車(chē)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

8、?！盁釒?shù)”在越戰(zhàn)中的成功應(yīng)用，促使許多國(guó)家在戰(zhàn)后紛紛研制、裝備各種無(wú)人值守地面 傳感器系統(tǒng)。美國(guó)在越戰(zhàn) 中嘗到甜頭，在地面戰(zhàn)場(chǎng) 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 REMBASS(Remotely MonitorelefieldSensor System)系統(tǒng)。REMBASS系統(tǒng)在監(jiān)視區(qū)域內(nèi)沒(méi)有目 標(biāo)時(shí)，能自動(dòng)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(cè)的信號(hào)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行判定，并通 過(guò)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(hào)和分類(lèi)信號(hào)直接或通過(guò)中繼站傳送到終端處理站。這 種系統(tǒng)能提供全天候

9、的晝夜預(yù)警，提高了對(duì)目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)視和 偵察的能力，以致許多國(guó)家對(duì) 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1 9 9 5年研制生了更先進(jìn)的系統(tǒng)IDEWS(Intrusion Detectionand Early Warning System)c該系統(tǒng)對(duì)傳感器部分進(jìn)行了較大改進(jìn)，采用由地震動(dòng)/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(wú)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

10、能夠提 供全天候高可靠性探測(cè)并識(shí)別人員、輪式車(chē)和履帶式車(chē)，而 且能識(shí)別由運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的數(shù)量和運(yùn)動(dòng)方向。2000年，美軍研制由RENBASSII第二代地面戰(zhàn)場(chǎng)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(dòng)目標(biāo)識(shí)別、分類(lèi)算法，增加了紅外、磁敏傳感器，可確定 武裝人員、車(chē)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。2 004 年，在RE N BAS S - I I 的基礎(chǔ)上研制了簡(jiǎn) 捷實(shí)用、供排級(jí)小部隊(duì)便攜使用的戰(zhàn)場(chǎng)防入侵系統(tǒng)(BAIS:Battle field Anti-IntrusionSys

11、tem)AN/PRS-9 。它由三組 聲響/震動(dòng)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(shí)別系 統(tǒng)REM-VIEW(如圖2所示)。它將812 pm波段熱成像傳 感器與聲響/震動(dòng)、磁敏、被動(dòng)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)場(chǎng)上，快速展開(kāi)、自動(dòng)組網(wǎng)、協(xié)同處 理，以被動(dòng)方式對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)、識(shí)別和分類(lèi)，并通過(guò)中繼 器、無(wú)人機(jī)或衛(wèi)星通信系統(tǒng)將探測(cè)場(chǎng)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(cè)概率和極低 的虛警率，使指揮員實(shí)時(shí)了解戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，形成陸、海、空網(wǎng) 絡(luò)化聯(lián)合感知和協(xié)同作

12、戰(zhàn)能力。除了發(fā)展地面戰(zhàn)場(chǎng)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(chǎng)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(guó) “猛禽”、T E X T R O N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(guó)Sensoria公司研制的100個(gè)節(jié)點(diǎn)規(guī)模的智能地雷陣（如圖3所示），其邊緣內(nèi)置聲陣/震動(dòng)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(dòng)裝置。雷陣布設(shè)之后，智能地雷之間能夠相互通信并

13、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(dòng)裝置愈合戰(zhàn)場(chǎng)缺口，重新自組成網(wǎng)狀 雷陣（如圖4所示）。美軍針對(duì)各軍兵種網(wǎng)絡(luò)一體化存在的許多問(wèn)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(kāi)發(fā)的聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無(wú)線電系 統(tǒng)（JTRS: JointTactical Radio System） 。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(zhuān)用無(wú)線電系統(tǒng)區(qū)域（原J T R S集群5）等四部分組成。其中, JTRS集群5由IMS/UGS（智能彈藥/無(wú)人值守地面?zhèn)鞲衅鳎?單兵子系統(tǒng)、無(wú)人車(chē)、無(wú)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)

14、系統(tǒng) （如圖5所示）。下車(chē)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(tái)，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(chǎng)態(tài)勢(shì)，做由準(zhǔn)確 的決策。J T R S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: Small FormFit） 無(wú)線收發(fā)模塊（如圖6所示），分別裝配在移動(dòng)單兵、傳感偵 察節(jié)點(diǎn)、智能火控模塊、無(wú)人車(chē)、無(wú)人機(jī)、導(dǎo)彈發(fā)射遙控器 等平臺(tái)上，提供了互聯(lián)的通信平臺(tái)。由此可以預(yù)見(jiàn)，地面戰(zhàn) 場(chǎng)傳感偵察系統(tǒng)必將成為未來(lái)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(guó)的兩個(gè)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室Sa

15、ndia NationalLaboratories 和 L awr e n c e L i v e rmo r e N a t i o n a Laboratories 仍然對(duì)UGS系統(tǒng)進(jìn)行研究。美國(guó)最新研制的 人工布設(shè)UG S系統(tǒng)稱(chēng)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(cè)距機(jī)， 還裝有全球定位系統(tǒng)接收機(jī)、處理器、控制器、無(wú)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(guò)無(wú)線電系統(tǒng)與其他“遠(yuǎn)方哨兵”、IREMBAS S系統(tǒng)相連，從而擴(kuò)大監(jiān)視區(qū)域英國(guó)在地面?zhèn)鞲信c偵察系統(tǒng)的研制與開(kāi)發(fā)中發(fā)展相當(dāng) 迅速，較有代表性的有 TOBIAS系統(tǒng)、C

16、LASSIC系統(tǒng)等。另 外，前蘇聯(lián)、法國(guó)、德國(guó)、瑞典等國(guó)家也分別對(duì)地面戰(zhàn)場(chǎng)傳 感器系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的地面?zhèn)刹煅b備相對(duì)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(jí)階段。八十年代以來(lái)，我國(guó)開(kāi) 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(lái)，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(kāi)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(dòng)探測(cè)、聲探測(cè)、磁 探測(cè)、紅外探測(cè)組成的 UGS系統(tǒng)以及相應(yīng)的分類(lèi)識(shí)別監(jiān)視 系統(tǒng)。結(jié)論當(dāng)前，地面戰(zhàn)場(chǎng)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(chǎng)傳感偵察技 術(shù)裝備必將得到更加廣泛的應(yīng)用。縱觀現(xiàn)有地面戰(zhàn)場(chǎng)傳感偵察技術(shù)裝備的應(yīng)用以及地面戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視與偵察的需求變化，地面戰(zhàn)場(chǎng)傳感偵察技術(shù)應(yīng)具有 如下發(fā)展趨勢(shì)：(1)地面戰(zhàn)場(chǎng)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