无线传感器网络技术在军事领域中的智能化应用
时间：2021-05-23 00:02:20 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：简要介绍了无线传感器网络的体系结构特点和军用需求智能化的表现，总结了无线传感器网络技术在军事领域中的研究应用成果，简要说明目前仍然存在的问题和今后的发展方向。
关键词：无线传感器网络 军事应用 智能化 武器
无线传感器网络的研究起步于20世纪90年代，从21世纪起，该技术引起了各国军事部门的极大关注。传感器网络技术的研究首先源自国防军事领域的需求，其最新研究成果和主要进展也反映在该领域。它有机的结合交战网络和信息网络，支持完成各作战平台的网络化和一体化，是实现网络中心战的核心技术。
近十几年来，发生的历次局部战争中使用的高技术武器上都装有多种传感器，在对目标探测、精确制导、电子对抗、通讯指挥、故障诊断和自我防护中发挥了重要作用。
1、无线传感器网络技术
1.1无线传感器网络体系结构
无线传感器网络系统通常由传感器节点( sensor node)、 网关节点( sink node)和终端用户组成。如图1所示，在传感器网络系统中，节点任意散落在被监测区域内，这一过程是通过飞行器撒播、人工埋置和火箭弹射等方式完成的。
监测区域
传感器节点
图 1 无线传感器网络体系结构
1.2无线传感器网络特点及优势
目前常见的无线网络包括移动通信网、无线局域网、蓝牙网络、Ad hoc网络等，主要特点如下：(1)网络节点密度高，传感器节点数量众多，单位面积内所拥有的网络节点数较多，可以分步在很广泛的地理区域。(2)传感器节点要求小型化和微型化，且网络应具备容错能力，以便适应恶劣的环境.(3)通信能力有限。如何在有限通信能力的条件下高质量地完成感知信息的处理与传输是需要解决的问题之一。(4)传感器网络中的传感器网关节点都具有嵌入式处理器和存储器。这些网关节点都具有计算能力，可以完成一些信息处理工作。(5)传感器节点由电池供电，由于节点能量有限，无可避免的存在移动节点和传感器节点失效和废弃，在某些情况下可能需要增补，这可能会致使网络拓扑动态变化。(6)无线传感器网络应用目的多样性使得信息在网协同处理方法复杂化。
无线传感器网络是一种全新的信息获取和处理技术，与传统的非网络化传感器技术相比，它具有以下优点：(1)传感器网络的规模和覆盖范围不受限制，可根据实际情况的需求，确定无线传感器网络的规模和范围，这样，就有利于其应用范围的拓展。(2)在无线传感器网络中，空间密集分布的传感器节点可由不同种类的传感器构成，利用传感融合技术对测得的多路信号进行信息融合处理，就可确保获得的信息具有更高的精确性、完整性和可靠性。(3)无线传感器网络可由分布密集的大量传感器节点构成，这就带来了需要处理大量冗余信息的缺陷，但同时，信息的冗余性也提高了网络的容错能力。(4)由于无线传感器网络节点本身带有处理能力，并因其信息的获取和运算处理是分布式并行的，这样就大大缩短了信息获取和处理的总时间，从而能够及时准确地得到所需要的信息。
2、军事智能化需求
2.1 军用需求特点
战场环境的特殊性要求军用传感器节点必须价格低廉、体积微小、更重要的是方便部署、自组网快、抗毁性强、隐蔽性好。从网络性能需求上来看，军用无线传感网表现出许多同一般传感网不同的特点：
(1)网络随机布置。军用无线传感网被布置在战场环境中，作战部队的侦查武器装备的一部分参与作战。在敌我态势变化迅速的现代战争中，传感节点一般都采取飞机抛撒式或火箭弹射等方法随机部署到敌方阵地或者公共隔离带。这就使得网络的布撒带有很强的随机性。不同种类节点分布随机，由于网络体系结构中存在不同类型的节点，这些节点虽可以按照一定的配比进行撒播，但撒播之后的分布情况还是难以控制的。若网络结构和不同种类的节点分布密切相关，会增加网络运行的隐患。
(2)无人值守。在战场环境中，设备的人为操作会增加人员伤亡的可能性。现代战争要求尽量在无人值守的情况下进行，也策划能够为军用无线传感网的重要特征之一。网络要求自动组织，当网络的运行出现问题时，可以自动维护。当某些节点因为电源的耗尽而不能工作时，在无人值守条件下，电池也无法更换，网络能够自动寻找替代节点，并自动重新组织拓扑和路由。
(3)网络鲁棒性要求高。军用无线传感网目前是各国军事研究的热点，除了发展其组建技术之外，也同时发展破坏技术。这就需要网络有很强的动态组网能力和健壮的拓扑结构。
2.2无线传感网在军用方面的突出优势
无线传感器网络的特性非常适合用于目标追踪和军事侦察，其优质的特性为军事工作提供了可靠而有效的手段。与其他手段相比，无线传感器网络具有突出的优势：
(1)无线传感器网络自组织、冗余、分布式控制盒路由算法等特点，使它在个别节点别摧毁或失效时，也可使整个网络不致崩溃。
(2)无线传感器节点可以做得很小，易于伪装，可用于近距离观察，减小了环境噪声以及人为干扰的影响，可以消除侦查盲区，确保侦查的有效性。
(3)由多种传感器组成的无线传感器网络，有利于获取更多的信息，并进行多节点、多角度和多方位的信息综合，有效地提高了侦查信息的可信度。无线传感器网络可以用于侦查敌方兵力的部署、兵力的运动：侦查战场的核、生、化环境；侦查战斗区域的地形地貌特征；侦查战斗区域的天气变化等。
3、智能武器的实现
3.1精确制导导弹
导弹导航和控制系统是导弹的心脏。它通常处在导引头部位，包括信号、图像检测和跟踪、信号处理、信号融合以及伺服控制系统等构成一个完整的系统。通过采用微电子封装技术，可把GPS接受器、惯性导航测量单元和光学传感器等混合封装成小到足以与气动胎缘发射装置相匹配、可安装在导弹弹体构架上，或嵌入在带自备电源的微型航天器中。弹体机架用于连接和装配惯性导航系统、能源和空调子系统、光学传感器、电视遥测系统和GPS接受天线。采用直接密封耦合的GPS/NS复合装置，可对直接来自卫星的虚拟射程（pseudo-range）和delta射程测量信息进行导航滤波处理，并能提供精确的低空定位信息。经验表明，只要持续飞行几分钟就足以允许GSP/NS导航稳定工作，并提供精确到几米内的位置信息。
3.2智能地雷
“智能地雷”是具有广域、自动寻找目标的第三代地雷，其关键技术是声/震传感器及组网通信技术。它结合了传感器探测技术、无源定位技术、自寻的技术，通过传感器采集的信号区分目标类型，并对目标进行精确定位后主动实施攻击，即能够主动、准确地探测跟踪目标并实施攻击。
智能地雷用于武装直升机和坦克这些进攻性武器，可以人工布设，同时也借助于飞机或火箭进行自动布撒，从而封锁士兵无法深入的战区。自动布撒地雷不仅可以快速布设，而且可以对雷场的布设进行控制；另外就是智能化程度更高，自动布设后，自动组成智能网络，自动探测、识别并实现对目标的攻击与毁伤，具有协同作战的能力。操作人员与地雷之间，地雷与地雷之间可进行通信，以实现对雷场的计划、管理和使用，从而大幅度提高雷场的效能，智能地雷系统组成如图2所示。
图2 智能地雷系统的组成
4、结语
无线传感器网络源于军事应用，在军事应用中也最成熟，但目前来看仍然存在很多问题需要人们去探讨和解决，不过相信在不远的未来，无线传感器网络在军事中的应用将更加广泛、更加重要，军事智能化更加普遍和实用。
参考文献
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