传感器传感网络与战场感知

何通

（军事交通学院 天津 300161）

传感器传感网络与战场感知

何通

（军事交通学院 天津 300161）

现代信息技术的基础包括信息采集、信息传输与信息处理。信息采集离不开传感器技术。传感器位于信息采集系统之首，是信息系统的基石。而传感器与传感网络在战场环境的感知与信息采集处理中，扮演着举足轻重的角色。

传感器；传感网络；战场感知

1 传感技术概述

1.1 传感器

能够把特定的被测量信息（如物理量、化学量、生物量等）按一定规律转换成某种可用信号的器件或装置，称作传感器。

通常传感器由敏感元件、转换元件、信号调理转换电路以及所需的电源组成。传感器组成框图如图1所示。

图1 传感器组成框图

1.2 传感器的信息处理技术

目前人工智能应用到测量系统以实现智能化测量。而实现智能化测量的基础技术正是多传感器数据融合、模糊处理以及人工智能网络。

1.2.1 多传感器数据融合

在多传感器系统中，按一定法则和途径使各传感器的探测结果渗透、互补，通过精炼和组合以获得被测量对象的一致性解释和描述，这种信息处理过程称为“信息融合”。综合利用多传感器信息，通过它们之间的协调和性能互补的优势，克服单个传感器的不确定性和局限性，提高整个传感器系统有效性能，全面准确的描述被测对象。

多传感器融合在军事领域得到了广泛的应用，如多基地雷达警戒跟踪网、宙斯盾作战指挥系统，“爱国者”导弹系统都是著名的例子。

1.2.2 模糊信息处理技术

有别于传统的信息处理技术，模糊信息处理在实现类似人类大脑的信息处理过程中，采用的是多值逻辑，而不是传统的二值逻辑概念；模糊信息处理主要应用可能性理论而不是传统信息处理中的概率、统计方法；有别于传统信息处理中基于数学模型的方法，模糊信息处理基于知识模型。

模糊传感器可广泛应用于涉及人类自身知识和经验的测量领域，以及经典传感器测量难以进行的应用场合等。

1.2.3 基于人工神经网络传感器信息处理技术

人工神经网络是由大量基本元件——神经元相互连接而成。每个神经元的结构和功能比较简单，但大量神经元件组成的神经网络具有复杂的功能。人工神经网络是一个非线性的并行处理系统，采用分布式存储结构，信息分布在神经元之间的连接强度（即权重）上，存储区和计算区合在一起。它的信息处理方式不是按给定的程序一步步地执行运算，而是通过对样本的学习和训练中改变调整神经元之间的权重，以适应环境，总结规律，完成运算，识别或控制。它具有初步的自适应与自组织能力，具有学习功能，可以反映人脑功能的若干基本特征。利用人工神经网络可以实现许多人类的智能活动，如学习、识别、分类、判断、推理、预测等，它在信息处理、自动控制等领域得到广泛的应用。

2 传感网络

传感网络主要是将传感器技术、通信技术以及计算机技术相结合，从而实现信息的采集、传输和处理的一体化，联结网络内各节点对目标信息进行全面周到的感知。

2.1 多传感器综合侦察系统

随着技术的发展和战场侦察的需要，将几种传感器组合成综合侦察系统成为一种发展趋势。现代战争要求预警系统能监视尽可能大的空间范围和尽可能多的目标，要求侦察系统能发现和识辨伪装、隐身目标，要求制导系统能识别诱饵和对抗干扰。传统的单传感器探测模式已不能适应作战指挥系统和武器控制系统对信息的需要。包括微波雷达、激光雷达、可见光照相和热成相等侦察设备的综合性探测系统应运而生。如加拿大通用动力公司生产的“全天候多光谱侦察系统”（AWMSS），它集成了几种陆基传感器组件，包括K波段脉冲多普勒雷达、昼夜高分辨率连续变焦摄像机、具有宽窄两种视场的3～12μm热像仪和人眼安全铒玻璃激光测距机等。系统安装在方位/俯仰平台上，可进行360°侦察和精确控制远距离激光测距。

现代探测系统用电、磁、声和光等多种传感器探测同一目标，从而使探测结果具有广阔的空间覆盖和不间断的时间覆盖性能。随着测量维数的增多，测量准确性和时空分辨率得到大幅度改善。同时使传感器系统具有更好的故障容错与系统重构能力。可见光、红外光和微波的成像原理不同，三种技术所得的图像信息可以互补。多传感器能为目标识别提供更多的特征信息，为决策提供反映目标及环境的各侧面的不同类型的信息。美国RemoteReality公司与McQ联合公司一起，为美国陆军和海军陆战队研制了一种先进的战场侦察系统——“360°目视增强跟踪系统”（OVETS）。它把特制的光学系统与红外热像仪、声音传感器、震动传感器和磁性传感器组合在一起，可提供360°视场，自动跟踪和定位热辐射目标。目标数据通过通信网络进行传输，在指挥所的态势感知显示器上显示目标信息及360图像。

英国塔莱斯防务通信公司生产的“用于人侵目标分类的隐蔽式局域传感器系统”（CLASSIC）——“经典2000”系统，可以对目标进行探测和分类，并指示方向。它利用不同的传感器和信号处理算法，能将虚警率降到最低。“经典2000”系统由侦察系统、震动/红外传感器和磁/红外传感器网络组成，其中，地震/红外传感器可配备地音探听器、压电电缆、短波、中波和长波红外探测器和绊网。而且，“经典2000”系统用中继装置可以延伸传感器和侦察系统之间的距离。

传感器综合侦察系统装载在车辆上，就可以形成可移动全天候侦察系统。例如，土耳其阿塞桑电子工业公司生产的“模块式侦察与监视装甲车”（MARS-V）上装有地面侦察雷达、热像仪和白昼电视系统，这些传感器系统都安装在以44装甲车为平台的一个升降机构上。

2.2 “灵巧尘埃”微型传感器网络

美国的“灵巧尘埃”（Smart Dust）计划要建立一种典型的分布式微型传感器网络，由成百上千个微小的“尘埃”（mote）组成。每一个“尘埃”是一个自主传感器节点，包括电子器件、电源和通信结构。“尘埃”之间能够互相通信，并能与普通计算机联网。

“灵巧尘埃”技术已经在美国海军陆战队空地战中心进行了一系列评估试验。用于演示的“宏尘埃”（macro mote）体积16cm3，总重量（包括锂电池）25g，由主板、传感器板和电源板组成。主板包括微处理器、无线电台和存储器；传感器板包含双轴磁强计。在进行的一次野外验证性试验中，1架飞行高度在30.5m的无人机上空投部署了有6个传感器节点的传感器网络。传感器着陆后.每个传感器之间相距5m，距公路20m远，微传感器的时钟同步，处于待机状态。目标在传感器附近通过时，各节点分别探测、记录、存储并彼此交换目标信息。无人机再次巡航到此时，向地面网络发送询问信号，地而传感器将储存的目标信息发送给无人机，无人机将信息送回基地。

3 结语

本文就传感器、传感网络以及其在战场感知中的应用进行了初步的探讨，当下技术更新日新月异，传感技术在未来的各方领域中必将发挥越来越重要的角色。

[1]余瑞芳，主编.传感器原理.北京：航空工业出版社，1995.

[2]李圣怡，叶湘滨.军用传感技术的现状和发展.传感器论文集，2001.

[3]刘迎春，叶湘滨，编著.现代新型传感器原理和应用.北京：国防工业出版社，1998.

[4]汪维余，刘利民，主编.高技术局部战争研究.北京：军事谊文出版社，2000.

TN95

A

1004-7344（2016）11-0260-02

2016-3-26

何通（1995-），男，汉族，四川南部人，研究方向为传感器应用。