无线技术：无线传感器网络在军事中应用各异

编者语：无线传感器网络源于军事应用，在军事应用中也最成熟。

信息技术正推动着一场新的军事变革。信息化战争要求作战系统“看得明、反应快、打得准”，谁在信息的获取、传输、处理上占据优势（取得制信息权），谁就能掌握战争的主动权。无线传感器网络以其独特的优势，能在多种场合满足军事信息获取的实时性、准确性、全面性等需求。

　　无线传感器网络可以协助实现有效的战场态势感知，满足作战力量“知己知彼”的要求。典型设想是用飞行器将大量微传感器结点散布在战场的广阔地域，这些结点自组成网，将战场信息边收集、边传输、边融合，为各参战单位提供“各取所需”的情报服务。

　　根据白宫的信息技术专家介绍，计算机、通信及小型化技术进步正引导美军进入一个新时代，在防御技术上产生“革命性”效果。隶属于总统办公厅的国家信息技术研究与发展综合办公室主任大卫·纳尔逊说，无线传感器网络技术，预示着为战场上带来新的电子眼和电子耳，“能够在未来几十年内变革战场环境”。

　　由于无线传感器网络具有密集型、随机分布的特点，使其非常适合应用于恶劣的战场环境中，使其非常适合应用于恶劣的战场环境中，包括侦察敌情、监控兵力、装备和物资，判断生物化学攻击等多方面用途。友军兵力、装备、弹药调配监视；战区监控；敌方军力的侦察；目标追踪；战争损伤评估；核、生物和化学攻击的探测与侦察等。

　　鉴于无线传感器网络在军事应用的巨大作用，引起了世界许多国家的军事部门、工业界和学术界的极大关注.美国自然科学基金委员会2003年制定了传感器网络研究计划,投资34 000 000美元,支持相关基础理论的研究.美国国防部和各军事部门都对传感器网络给予了高度重视,在C4ISR的基础上提出了C4KISR计划,强调战场情报的感知能力、信息的综合能力和信息的利用能力,把传感器网络作为一个重要研究领域,设立了一系列的军事传感器网络研究项目.美国英特尔公司、美国微软公司等信息工业界巨头也开始了传感器网络方面的工作,纷纷设立或启动相应的行动计划.日本、英国、意大利、巴西等国家也对传感器网络表现出了极大的兴趣,纷纷展开了该领域的研究工作.

　　无线传感器网络的典型应用模式可分为两类，一类是传感器结点监测环境状态的变化或事件的发生，将发生的事件或变化的状态报告给管理中心；一类是由管理中心发布命令给某一区域的传感器结点，传感器结点执行命令并返回相应的监测数据。与之对应的，传感器网络中的通信模式也主要有两种，一是传感器将采集到的数据传输到管理中心，称为多到一通信模式；一是管理中心向区域内的传感器结点发布命令，称为一到多通信模式。前一种通信模式的数据量大，后一种则相对较小。

　　在这里收集了一些目前西方国家（主要是美国）在无线传感器网络军事应用方面的主要研究：

　　 1） 智能微尘(smart dust)

　　智能微尘(smart dust)是一个具有电脑功能的超微型传感器，它由微处理器、无线电收发装置和使它们能够组成一个无线网络的软件共同组成。将一些微尘散放在一定范围内，它们就能够相互定位，收集数据并向基站传递信息。近几年，由于硅片技术和生产工艺的突飞猛进，集成有传感器、计算电路、双向无线通信模块和供电模块的微尘器件的体积已经缩小到了沙粒般大小，但它却包含了从信息收集、信息处理到信息发送所必需的全部部件。未来的智能微尘甚至可以悬浮在空中几个小时，搜集、处理、发射信息，它能够仅依靠微型电池工作多年。智能微尘的远程传感器芯片能够跟踪敌人的军事行动，可以把大量智能微尘装在宣传品、子弹或炮弹中，在目标地点撒落下去，形成严密的监视网络，敌国的军事力量和人员、物资的流动自然一清二楚。

　　 2）目标定位网络嵌入式系统技术

　　目标定位网络嵌入式系统技术(Network Embed System Technology)是战场应用实验是美国国防高级研究计划局主导的一个项目，它将实现系统和信息处理融合。项目的定量目标是建立包括10 ~100万个计算节点的可靠、实时、分布式应用网络。这些节点包括连接传感器和作动器的物理和信息系统部件。基础嵌入式系统技术节点采用现场可编程门阵列(FPGA)模式。该项目应用了大量的微型传感器、微电子、先进传感器融合算法、自定位技术和信息技术方面的成果。项目的长期目标是实现传感器信息的网络中心分布和融合，显著提高作战态势感知能力。2003年该项目成功验证了能够准确定位敌方狙击手的传感器网络技术，它采用多个廉价音频传感协同定位敌方射手并标识在所有参战人员的个人计算机中，三维空间的定位精度可达到1.5米，定位延迟达到2秒，甚至能显示出敌方射手采用跪姿和站姿射击的差异。

　　防核生化袭击美国Cyrano Sciences公司已将化学剂检测和数据解释组合到一种专有的芯片技术中，称为Cyrano NoseChip。基于这一技术可创建一个低成本的化学传感器系统，捕获和解释数据，并提供实时告警，以应付恐怖分子使用化学武器进行的攻击。该系统在前端使用一个C320手持传感器负责收集有关化学剂的数据，该传感建有与后方笔记本电脑的无线连接，电脑上运行着远程监控和服务器程序。该系统使用IBM公司的无线通信设备WebSphere MQ Everyplace传输数据，这个手持设备还可以小型化为微小结点，部署到监测环境中去，形成自主工作的无线传感器网络。

　　 3）灵巧传感器网络

　　“灵巧传感器网络”(SSW:Smart Sensor Web)是美国陆军提出的针对网络中心战的需求所开发的新型传感器网络。其基本思想是在战场上布设大量的传感器以收集和中继信息，并对相关原始数据进行过滤，然后再把那些重要的信息传送到各数据融合中心，从而将大量的信息集成为一幅战场全景图，当参战人员需要时可分发给他们，使其对战场态势的感知能力大大提高。SSW系统作为一个军事战术工具可向战场指挥员提供一个从大型传感器矩阵中得来的动态更新数据库，并及时向相关作战人员提供实时或近实时的战场信息，包括通过有人和无人驾驶的地面车辆、无人驾驶飞机、空中、海上及卫星中得到的高分辨率数字地图、三维地形特征、多重频谱图形等信息。系统软件将采用预先制定的标准来解读传感器的内容，将它们与诸如公路、建筑、天气、单元位置等前后相关信息，以及由其他传感器输入的信息相互关联，从而为交战网络提供诸如开火、装甲车的行动以及爆炸等触发传感器的真实事件的实时信息。SSW系统是关于传感器基于网络平台的集成，这种集成是通过主体交互作用来实现的。例如，一个被触发的传感器主体可能会要求在其范围内激活其他传感器，达到对前后相关信息的澄清和确认，该要求信息同来自气候或武器层的SSW中的信息相结合，就生成一幅有关作战环境的全景图。

　　 4）无人值守地面传感器群

　　美国陆军近期确立了“无人值守地面传感器群”项目,其主要目标是使基层部队指挥员具有在他们所希望部署传感器的任何地方灵活地部署传感器的能力.该项目是支持陆军“更广阔视野”的3个项目之一.

　　 5）战场环境侦察与监视系统

　　美国陆军最近确立了“战场环境侦察与监视系统”项目.该系统是一个智能化传感器网络,可以更为详尽、准确地探测到精确信息,如一些特殊地形地域的特种信息 (登陆作战中敌方岸滩的翔实地理特征信息,丛林地带的地面坚硬度、干湿度)等,为更准确地制定战斗行动方案提供情报依据.它通过“数字化路标”作为传输工具,为各作战平台与单位提供“各取所需”的情报服务,使情报侦察与获取能力产生质的飞跃.该系统组由撒布型微传感器网络系统、机载和车载型侦察与探测设备等构成.

　 　6）传感器组网系统

　　美国海军最近也确立了“传感器组网系统”研究项目.传感器组网系统的核心是一套实时数据库管理系统.该系统可以利用现有的通信机制对从战术级到战略级的传感器信息进行管理,而管理工作只需通过一台专用的商用便携机即可,不需要其他专用设备.该系统以现有的带宽进行通信,并可协调来自地面和空中监视传感器以及太空监视设备的信息.该系统可以部署到各级指挥单位.

　　 7）防生化网络

　　2002年5 月,美国Sandia国家实验室与美国能源部合作,共同研究能够尽早发现以地铁、车站等场所为目标的生化武器袭击,并及时采取防范对策的系统.该研究属于美国能源部恐怖对策项目的重要一环.该系统融检测有毒气体的化学传感器和网络技术于一体.安装在车站的传感器一旦检测到某种有害物质,就会自动向管理中心通报,自动进行引导旅客避难的广播,并封锁有关入口等.该系统除了能够在专用管理中心进行监视之外,还可以通过WWW进行远程监视.

　　 8）网状传感器系统CEC

　　美国海军最近开展的网状传感器系统CEC(cooperative engagement capability)是一项革命性的技术.CEC是一个无线网络,其感知数据是原始的雷达数据.该系统适用于舰船或飞机战斗群携带的电脑进行感知数据的处理.每艘战船不但依赖于自己的雷达,还依靠其他战船或者装载CEC的战机来获取感知数据.例如,一艘战船除了从自己的雷达获取数据以外,还从舰船战斗群的20个以上的雷达中获取数据,也可以从鸟瞰战场的战机上获取数据.空中的传感器负责侦察更大范围的低空目标,这些传感器也是网络中重要的一部分.利用这些数据合成图片具有很高的精度.由于CEC可以从多方面探测目标,极大地提高了测量精度.利用CEC数据可以准确地击中目标.CEC还可以快速而准确地跟踪混乱战争环境中的敌机和导弹,使战船可以击中多个地平线或地平线以上近海面飞行的超声波目标.因此,即使是今天最先进的反舰巡航导弹也会被实时地监测到并被击中.