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          傳感應用
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          傳感器網絡在軍事領域、空間探索的應用與研究進展

          2013-10-16

          1、傳感器網絡在軍事領域的應用

          在未來戰爭中實現一個集命令、控制、通信、監視、偵查和定位于一體的戰爭指揮系統,傳感器網絡將會成為不可或缺的部分。由于傳感器網絡節點的低成本,密集型,自組織性,容錯能力和適應范圍廣等特點,不會因為某些節點的損壞而導致整個系統的崩潰,這一點是傳統的傳感器技術和偵察技術無法比擬的,也正是因為這一點,使得傳感器網絡非常適合應用在惡劣的戰爭環境中,包括監控己方兵力、裝備和物資,監視沖突區,偵察敵方地形和布防,定位攻擊目標,評估損失。在戰爭中,對沖突區和軍事要地的監視是至關重要的,通過鋪設傳感器網絡,以更隱蔽的方式近距離地觀察敵方的布防;當然,也可以直接將傳感器節點撒向敵方陣地,在敵方還未來得及反應時迅速收集利于作戰的信息。傳感器網絡也可以為火控和制導系統提供準確的目標定位信息。在生物和化學戰中,利用傳感器網絡及時、準確地探測爆炸中心將會為己方提供寶貴的反應時間,從而最大可能地減小傷亡。傳感器網絡也可避免核反應部隊直接暴露在核輻射的環境中。在軍事應用中,與獨立的衛星和地面雷達系統相比,傳感器網絡的潛在優勢表現在以下幾個方面:

          (1) 分布節點中多角度和多方位信息的綜合有效地提高了信噪比,這一直是衛星和雷達這類獨立系統難以克服的技術問題之一。

          (2) 傳感器網絡低成本、高冗余的設計原則為整個系統提供了較強的容錯能力。

          (3) 傳感器節點與探測目標的近距離接觸大大消除了環境噪聲對系統性能的影響。

          (4) 節點中多種傳感器的混合應用有利于提高探測的性能指標。

          (5) 多節點聯合,形成覆蓋面積較大的實時探測區域。

          (6) 借助于個別具有移動能力的節點對網絡拓撲結構的調整能力,可以有效地消除探測區域內的陰影和盲點。

          2、傳感器網絡在空間探索領域的應用

          探索外部星球一直是人類夢寐以求的理想,借助于航天器布撒的傳感器網絡節點實現對星球表面長時間的監測,應該是一種經濟可行的方案。NASA(美國國家航空航天局)的JPL(Jet Propulsion Laboratory)實驗室研制的Sensor Webs(傳感網絡)就是為將來的火星探測進行技術準備的,已在佛羅里達宇航中心周圍的環境監測項目中進行測試和完善。

          3、傳感器網絡在上述領域的研究進展情況

          美國陸軍提出“靈巧傳感器網絡通信”計劃,已被批準為美國年度的一項科學技術研究計劃。靈巧傳感器網絡通信的目標是建設一個通用通信基礎設施,支援前方部署,將無人值守式彈藥、傳感器和未來戰斗系統所用的機器人系統連成網絡,成倍地提高單一傳感器的能力,使作戰指揮員能更好、更快地作出決策,從而改進未來戰斗系統的生存能力。

          美國陸軍近期又確立了“無人值守地面傳感器群”項目,其主要目標是使基層部隊指揮員具有在他們所希望部署傳感器的任何地方靈活地部署傳感器的能力。該項目是支持陸軍“更廣闊視野”的3個項目之一。

          美國陸軍最近還確立了“戰場環境偵察與監視系統”項目。該系統是一個智能化傳感器網絡,可以更為詳盡、準確地探測到精確信息,如一些特殊地形地域的特種信息(登陸作戰中敵方岸灘的翔實地理特征信息,叢林地帶的地面堅硬度、干濕度)等,為更準確地制定戰斗行動方案提供情報依據。它通過“數字化路標”作為傳輸工具,為各作戰平臺與單位提供“各取所需”的情報服務,使情報偵察與獲取能力產生質的飛躍。該系統組由撒布型微傳感器網絡系統、機載和車載型偵察與探測設備等構成。

          美國海軍最近也確立了“傳感器組網系統”研究項目。傳感器組網系統的核心是一套實時數據庫管理系統。該系統可以利用現有的通信機制對從戰術級到戰略級的傳感器信息進行管理,而管理工作只需通過一臺專用的商用便攜機即可,不需要其他專用設備。該系統以現有的帶寬進行通信,并可協調來自地面和空中監視傳感器以及太空監視設備的信息。該系統可以部署到各級指揮單位。

          美國Sandia國家實驗室與美國能源部合作,共同研究能夠盡早發現以地鐵、車站等場所為目標的生化武器襲擊,并及時采取防范對策的系統。該研究屬于美國能源部恐怖對策項目的重要一環。該系統融檢測有毒氣體的化學傳感器和網絡技術于一體。安裝在車站的傳感器一旦檢測到某種有害物質,就會自動向管理中心通報,自動進行引導旅客避難的廣播,并封鎖有關入口等。該系統除了能夠在專用管理中心進行監視之外,還可以通過互聯網進行遠程監視。美國海軍最近開展的網狀傳感器系統CEC(cooperative engagement capability)是一項革命性的技術。CEC是一個無線網絡,其感知數據是原始的雷達數據。該系統適用于艦船或飛機戰斗群攜帶的電腦進行感知數據的處理。每艘戰船不但依賴于自己的雷達,還依靠其他戰船或者裝載CEC的戰機來獲取感知數據。例如,一艘戰船除了從自己的雷達獲取數據以外,還從艦船戰斗群的20個以上的雷達中獲取數據,也可以從鳥瞰戰場的戰機上獲取數據??罩械膫鞲衅髫撠焸刹旄蠓秶牡涂漳繕?,這些傳感器也是網絡中重要的一部分。利用這些數據合成圖片具有很高的精度。由于CEC可以從多方面探測目標,極大地提高了測量精度。利用CEC數據可以準確地擊中目標。CEC還可以快速而準確地跟蹤混亂戰爭環境中的敵機和導彈,使戰船可以擊中多個地平線或地平線以上近海面飛行的超聲波目標。因此,即使是今天最先進的反艦巡航導彈也會被實時地監測到并被擊中。

          美國國防部把Smart Sensor Web定為國防部科學技術5個尖端研究領域之一。Smart Sensor Web(智能傳感網絡)的基本思想是在整個作戰空間中放置大量的傳感器節點來收集、傳遞信息,并且將信息匯集到融合點,在那里綜合成一張圖片,并分發給需要該信息的作戰者。Smart Sensor Web將為軍隊提供大覆蓋面、及時、高分辨率信息的能力。Smart Sensor Web是智能、安全、以Web為中心的傳感器信息分發和融合網絡,可以提高軍隊的敏感度。

          應用圖片

          暫無圖片。

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