傳感器傳感網(wǎng)絡(luò)與戰(zhàn)場(chǎng)感知

何通

（軍事交通學(xué)院 天津 300161）

傳感器傳感網(wǎng)絡(luò)與戰(zhàn)場(chǎng)感知

何通

（軍事交通學(xué)院 天津 300161）

現(xiàn)代信息技術(shù)的基礎(chǔ)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(shù)。傳感器位于信息采集系統(tǒng)之首，是信息系統(tǒng)的基石。而傳感器與傳感網(wǎng)絡(luò)在戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)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(wǎng)絡(luò)；戰(zhàn)場(chǎng)感知

1 傳感技術(shù)概述

1.1 傳感器

能夠把特定的被測(cè)量信息（如物理量、化學(xué)量、生物量等）按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號(hào)的器件或裝置，稱作傳感器。

通常傳感器由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、信號(hào)調(diào)理轉(zhuǎn)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(shù)

目前人工智能應(yīng)用到測(cè)量系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)智能化測(cè)量。而實(shí)現(xiàn)智能化測(cè)量的基礎(chǔ)技術(shù)正是多傳感器數(shù)據(jù)融合、模糊處理以及人工智能網(wǎng)絡(luò)。

1.2.1 多傳感器數(shù)據(jù)融合

在多傳感器系統(tǒng)中，按一定法則和途徑使各傳感器的探測(cè)結(jié)果滲透、互補(bǔ)，通過精煉和組合以獲得被測(cè)量對(duì)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(xié)調(diào)和性能互補(bǔ)的優(yōu)勢(shì)，克服單個(gè)傳感器的不確定性和局限性，提高整個(gè)傳感器系統(tǒng)有效性能，全面準(zhǔn)確的描述被測(cè)對(duì)象。

多傳感器融合在軍事領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，如多基地雷達(dá)警戒跟蹤網(wǎng)、宙斯盾作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)，“愛國(guó)者”導(dǎo)彈系統(tǒng)都是著名的例子。

1.2.2 模糊信息處理技術(shù)

有別于傳統(tǒng)的信息處理技術(shù)，模糊信息處理在實(shí)現(xiàn)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(tǒng)的二值邏輯概念；模糊信息處理主要應(yīng)用可能性理論而不是傳統(tǒng)信息處理中的概率、統(tǒng)計(jì)方法；有別于傳統(tǒng)信息處理中基于數(shù)學(xué)模型的方法，模糊信息處理基于知識(shí)模型。

模糊傳感器可廣泛應(yīng)用于涉及人類自身知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的測(cè)量領(lǐng)域，以及經(jīng)典傳感器測(cè)量難以進(jìn)行的應(yīng)用場(chǎng)合等。

1.2.3 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳感器信息處理技術(shù)

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由大量基本元件——神經(jīng)元相互連接而成。每個(gè)神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)和功能比較簡(jiǎn)單，但大量神經(jīng)元件組成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有復(fù)雜的功能。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)非線性的并行處理系統(tǒng)，采用分布式存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，信息分布在神經(jīng)元之間的連接強(qiáng)度（即權(quán)重）上，存儲(chǔ)區(qū)和計(jì)算區(qū)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(zhí)行運(yùn)算，而是通過對(duì)樣本的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練中改變調(diào)整神經(jīng)元之間的權(quán)重，以適應(yīng)環(huán)境，總結(jié)規(guī)律，完成運(yùn)算，識(shí)別或控制。它具有初步的自適應(yīng)與自組織能力，具有學(xué)習(xí)功能，可以反映人腦功能的若干基本特征。利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)許多人類的智能活動(dòng)，如學(xué)習(xí)、識(shí)別、分類、判斷、推理、預(yù)測(cè)等，它在信息處理、自動(dòng)控制等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

2 傳感網(wǎng)絡(luò)

傳感網(wǎng)絡(luò)主要是將傳感器技術(shù)、通信技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)信息的采集、傳輸和處理的一體化，聯(lián)結(jié)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)對(duì)目標(biāo)信息進(jìn)行全面周到的感知。

2.1 多傳感器綜合偵察系統(tǒng)

隨著技術(shù)的發(fā)展和戰(zhàn)場(chǎng)偵察的需要，將幾種傳感器組合成綜合偵察系統(tǒng)成為一種發(fā)展趨勢(shì)。現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)要求預(yù)警系統(tǒng)能監(jiān)視盡可能大的空間范圍和盡可能多的目標(biāo)，要求偵察系統(tǒng)能發(fā)現(xiàn)和識(shí)辨?zhèn)窝b、隱身目標(biāo)，要求制導(dǎo)系統(tǒng)能識(shí)別誘餌和對(duì)抗干擾。傳統(tǒng)的單傳感器探測(cè)模式已不能適應(yīng)作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)和武器控制系統(tǒng)對(duì)信息的需要。包括微波雷達(dá)、激光雷達(dá)、可見光照相和熱成相等偵察設(shè)備的綜合性探測(cè)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。如加拿大通用動(dòng)力公司生產(chǎn)的“全天候多光譜偵察系統(tǒng)”（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(dá)、晝夜高分辨率連續(xù)變焦攝像機(jī)、具有寬窄兩種視場(chǎng)的3～12μm熱像儀和人眼安全鉺玻璃激光測(cè)距機(jī)等。系統(tǒng)安裝在方位/俯仰平臺(tái)上，可進(jìn)行360°偵察和精確控制遠(yuǎn)距離激光測(cè)距。

現(xiàn)代探測(cè)系統(tǒng)用電、磁、聲和光等多種傳感器探測(cè)同一目標(biāo)，從而使探測(cè)結(jié)果具有廣闊的空間覆蓋和不間斷的時(shí)間覆蓋性能。隨著測(cè)量維數(shù)的增多，測(cè)量準(zhǔn)確性和時(shí)空分辨率得到大幅度改善。同時(shí)使傳感器系統(tǒng)具有更好的故障容錯(cuò)與系統(tǒng)重構(gòu)能力?？梢姽?、紅外光和微波的成像原理不同，三種技術(shù)所得的圖像信息可以互補(bǔ)。多傳感器能為目標(biāo)識(shí)別提供更多的特征信息，為決策提供反映目標(biāo)及環(huán)境的各側(cè)面的不同類型的信息。美國(guó)RemoteReality公司與McQ聯(lián)合公司一起，為美國(guó)陸軍和海軍陸戰(zhàn)隊(duì)研制了一種先進(jìn)的戰(zhàn)場(chǎng)偵察系統(tǒng)——“360°目視增強(qiáng)跟蹤系統(tǒng)”（OVETS）。它把特制的光學(xué)系統(tǒng)與紅外熱像儀、聲音傳感器、震動(dòng)傳感器和磁性傳感器組合在一起，可提供360°視場(chǎng)，自動(dòng)跟蹤和定位熱輻射目標(biāo)。目標(biāo)數(shù)據(jù)通過通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，在指揮所的態(tài)勢(shì)感知顯示器上顯示目標(biāo)信息及360圖像。

英國(guó)塔萊斯防務(wù)通信公司生產(chǎn)的“用于人侵目標(biāo)分類的隱蔽式局域傳感器系統(tǒng)”（CLASSIC）——“經(jīng)典2000”系統(tǒng)，可以對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)和分類，并指示方向。它利用不同的傳感器和信號(hào)處理算法，能將虛警率降到最低?！敖?jīng)典2000”系統(tǒng)由偵察系統(tǒng)、震動(dòng)/紅外傳感器和磁/紅外傳感器網(wǎng)絡(luò)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(zhǎng)波紅外探測(cè)器和絆網(wǎng)。而且，“經(jīng)典2000”系統(tǒng)用中繼裝置可以延伸傳感器和偵察系統(tǒng)之間的距離。

傳感器綜合偵察系統(tǒng)裝載在車輛上，就可以形成可移動(dòng)全天候偵察系統(tǒng)。例如，土耳其阿塞桑電子工業(yè)公司生產(chǎn)的“模塊式偵察與監(jiān)視裝甲車”（MARS-V）上裝有地面?zhèn)刹炖走_(dá)、熱像儀和白晝電視系統(tǒng)，這些傳感器系統(tǒng)都安裝在以44裝甲車為平臺(tái)的一個(gè)升降機(jī)構(gòu)上。

2.2 “靈巧塵?！蔽⑿蛡鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)

美國(guó)的“靈巧塵?！保⊿mart Dust）計(jì)劃要建立一種典型的分布式微型傳感器網(wǎng)絡(luò)，由成百上千個(gè)微小的“塵埃”（mote）組成。每一個(gè)“塵埃”是一個(gè)自主傳感器節(jié)點(diǎn)，包括電子器件、電源和通信結(jié)構(gòu)?！皦m埃”之間能夠互相通信，并能與普通計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)。

“靈巧塵?！奔夹g(shù)已經(jīng)在美國(guó)海軍陸戰(zhàn)隊(duì)空地戰(zhàn)中心進(jìn)行了一系列評(píng)估試驗(yàn)。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(tái)和存儲(chǔ)器；傳感器板包含雙軸磁強(qiáng)計(jì)。在進(jìn)行的一次野外驗(yàn)證性試驗(yàn)中，1架飛行高度在30.5m的無人機(jī)上空投部署了有6個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的傳感器網(wǎng)絡(luò)。傳感器著陸后.每個(gè)傳感器之間相距5m，距公路20m遠(yuǎn)，微傳感器的時(shí)鐘同步，處于待機(jī)狀態(tài)。目標(biāo)在傳感器附近通過時(shí)，各節(jié)點(diǎn)分別探測(cè)、記錄、存儲(chǔ)并彼此交換目標(biāo)信息。無人機(jī)再次巡航到此時(shí)，向地面網(wǎng)絡(luò)發(fā)送詢問信號(hào)，地而傳感器將儲(chǔ)存的目標(biāo)信息發(fā)送給無人機(jī)，無人機(jī)將信息送回基地。

3 結(jié)語

本文就傳感器、傳感網(wǎng)絡(luò)以及其在戰(zhàn)場(chǎng)感知中的應(yīng)用進(jìn)行了初步的探討，當(dāng)下技術(shù)更新日新月異，傳感技術(shù)在未來的各方領(lǐng)域中必將發(fā)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(yè)出版社，1995.

[2]李圣怡，葉湘濱.軍用傳感技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展.傳感器論文集，2001.

[3]劉迎春，葉湘濱，編著.現(xiàn)代新型傳感器原理和應(yīng)用.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1998.

[4]汪維余，劉利民，主編.高技術(shù)局部戰(zhàn)爭(zhēng)研究.北京：軍事誼文出版社，2000.

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1004-7344（2016）11-0260-02

2016-3-26

何通（1995-），男，漢族，四川南部人，研究方向?yàn)閭鞲衅鲬?yīng)用。