求傳感器技術(shù)的應(yīng)用論文

【專家解說】：　　參考： 　　傳感器與戰(zhàn)爭武器裝備 　　傳感器技術(shù)是材料學(xué)、力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、微電子學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、精密機(jī)械、仿生學(xué)、測量技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)、乃至系統(tǒng)科學(xué)、人工智能、自動化技術(shù)等眾多學(xué)科相互交叉的綜合性高新技術(shù)密集型前沿技術(shù)，廣泛應(yīng)用于航空航天、兵器、信息產(chǎn)業(yè)、機(jī)械、電力、能源、交通、冶金、石油、建筑、郵電、生物、醫(yī)學(xué)、環(huán)保、材料、災(zāi)害預(yù)測預(yù)防、農(nóng)林漁業(yè)、食品、煙酒制造、建筑、汽車、艦船、機(jī)器人、家電、公共安全等領(lǐng)域，可以說是無所不在。敏感元件與傳感器技術(shù)發(fā)展迅猛，是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志，與通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)成信息科學(xué)技術(shù)的三大支柱。21世紀(jì)是人類全面進(jìn)入信息電子化的時(shí)代，隨著人類探知領(lǐng)域和空間的拓展，使得人們需要獲得的自然信息的種類日益增加，需要信息傳遞的速度加快，信息處理能力增強(qiáng)，因此要求與此相對應(yīng)的信息獲取技術(shù)即傳感技術(shù)必須跟上信息化發(fā)展的需要。傳感器是人類探知自然界信息的觸覺，為人們認(rèn)識和控制相應(yīng)的對象提供條件和依據(jù)。當(dāng)計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)飛速發(fā)展時(shí)，信息獲取裝置即傳感器發(fā)展的相對滯后造成了"大腦發(fā)達(dá)、五官不靈"，這已經(jīng)開始引起人們的警覺和各發(fā)達(dá)國家的重視，對傳感器技術(shù)和產(chǎn)品的需求迅速提升。傳感技術(shù)將成為二十一世紀(jì)世界各國在高新技術(shù)發(fā)展方面爭奪的一個(gè)重要領(lǐng)域。美國國家長期安全和經(jīng)濟(jì)繁榮至關(guān)重要的22項(xiàng)技術(shù)中有6項(xiàng)與傳感器技術(shù)直接相關(guān)。關(guān)于保護(hù)美國武器系統(tǒng)質(zhì)量優(yōu)勢至關(guān)重要關(guān)鍵技術(shù)中8項(xiàng)為無源傳感器。美國空軍2000年舉出15項(xiàng)有助于提高21世紀(jì)空軍能力關(guān)鍵技術(shù)，傳感器技術(shù)名列第二。美國還成立了國家技術(shù)小組（BTG），幫助政府組織和領(lǐng)導(dǎo)各大公司與國家企事業(yè)部門的傳感器技術(shù)開發(fā)工作。日本把傳感器技術(shù)與計(jì)算機(jī)、通信、激光半導(dǎo)體、超導(dǎo)并列為6大核心枝術(shù)，日本科學(xué)技術(shù)廳制定的二十世紀(jì)九十年代重點(diǎn)科研項(xiàng)目中有70個(gè)重點(diǎn)課題，其中有18項(xiàng)是與傳感器技術(shù)密切相關(guān)。德國視軍用傳感器為優(yōu)先發(fā)展技術(shù)，英、法等國對傳感器的開發(fā)投資逐年升級，俄羅斯的軍事航天計(jì)劃中也列有傳感器技術(shù)。 　　先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)總是最先被應(yīng)用于戰(zhàn)爭。以坦克、飛機(jī)、軍艦為標(biāo)志的作戰(zhàn)平臺是傳統(tǒng)的主戰(zhàn)兵器，各類傳感器不過是配屬的保障設(shè)施，而當(dāng)前由信息技術(shù)發(fā)展推動的軍事革命把重點(diǎn)從作戰(zhàn)平臺轉(zhuǎn)向如何觀察戰(zhàn)場、怎樣傳遞所觀察到的戰(zhàn)場情況、怎樣運(yùn)用那些性能優(yōu)越的精確武器的問題上來，從重視軍艦、坦克和飛機(jī)轉(zhuǎn)為重視信息獲取技術(shù)和信息獲取裝置的作用，傳感器、通信以及精確制導(dǎo)武器等已在戰(zhàn)爭中至關(guān)重要的作用。海灣戰(zhàn)爭中，伊拉克在科威特戰(zhàn)區(qū)部署了4280輛坦克，多國部隊(duì)只有3800輛坦克。但結(jié)果是伊拉克的坦克89％被毀，而多國部隊(duì)的坦克僅損失20輛。這種懸殊的損毀比，正是由于雙方信息優(yōu)勢及精確制導(dǎo)武器方面的明顯差距造成的。從重視作戰(zhàn)平臺到重視傳感器，是信息時(shí)代軍隊(duì)武器裝備發(fā)展思路的重大變化，將對未來軍事力量的建設(shè)帶來重要影響。充分發(fā)揮信息優(yōu)勢，可以減少飛機(jī)、坦克、艦空母艦等作戰(zhàn)平臺的數(shù)量，而維持作戰(zhàn)能力不變甚至使作戰(zhàn)能力得到提高。蘭徹斯特方程談到，進(jìn)攻要想成功，就得使用三倍于防守方的兵力。而信息技術(shù)的發(fā)展使人類能對戰(zhàn)場了如指掌，使得擁有信息優(yōu)勢的一方能更具戰(zhàn)略性優(yōu)勢，可以打擊戰(zhàn)略要害，以更為有效的方式運(yùn)用力量，大大提高使用兵力的效率。二戰(zhàn)以來，飛機(jī)、坦克、軍艦等作戰(zhàn)平臺本身性能的提高幾乎接近極限，而作戰(zhàn)平臺上所載的電子信息裝備和精確制導(dǎo)武器、彈藥的發(fā)展卻仍有很大的余地。信息技術(shù)在軍事上的應(yīng)用不斷賦予現(xiàn)有的作戰(zhàn)平臺新的活力，實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)能力的更新和提高。在資金有限的情況下，擁有足夠好的作戰(zhàn)平臺就足夠了，在武器發(fā)展的優(yōu)先順序上，應(yīng)將重點(diǎn)放在各種作戰(zhàn)平臺的綜合運(yùn)用和發(fā)揮綜合作用上，使之具有更高的效能和效率，充分利用信息技術(shù)，使作戰(zhàn)平臺和傳感器的發(fā)展更好地結(jié)合起來，不斷改善和提高現(xiàn)有作戰(zhàn)平臺潛力。傳統(tǒng)的有人操作的大型作戰(zhàn)平臺將會逐漸退出戰(zhàn)爭舞臺，軍事革命的技術(shù)將迫使人們重新思考是否把軍事平臺用做施加武力的載體，因?yàn)樵谝粋€(gè)信息獲取無處不在的世界上，與一個(gè)能夠洞察一切的對手進(jìn)行戰(zhàn)爭，將會有很大的麻煩。因此，必須考慮重建武裝力量，使之具有很強(qiáng)的信息獲取、信息傳輸、信息處理能力，更強(qiáng)的機(jī)動性，更好的遠(yuǎn)程作戰(zhàn)能力，更加輕便靈活，甚至達(dá)到能使人員脫離戰(zhàn)場的程度。（陳伯江《光明日報(bào)》 2001-01-16）美國陸軍第三軍軍長兼胡德堡基地司令利昂?J?拉波特中將認(rèn)為：信息時(shí)代的戰(zhàn)爭要把傳感器、情報(bào)分析系統(tǒng)和發(fā)射器要連接成一個(gè)整體，提高官兵的戰(zhàn)場態(tài)勢感知能力，要求部隊(duì)充分利用傳感器網(wǎng)，集中精力關(guān)注實(shí)時(shí)敵情。美軍在陸、海、空、天部署了各種各樣的傳感器并連接成網(wǎng)，用于探測和跟蹤敵軍情況。由功能和用途各不相同的單個(gè)傳感器連接成網(wǎng)，能夠提高探測速度，實(shí)現(xiàn)傳感器間的互相查詢，使數(shù)字化部隊(duì)能夠?qū)崟r(shí)地關(guān)注敵情，全面提高其戰(zhàn)場態(tài)勢感知能力。傳感器與發(fā)射器相連接，進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，現(xiàn)在需要數(shù)分鐘間才能完成的事情，實(shí)現(xiàn)傳感器至發(fā)射器的連接后，在幾秒鐘內(nèi)就能完成，極大的提高了部隊(duì)的反應(yīng)機(jī)動能力和戰(zhàn)斗力。（軍事科學(xué)院研究員 樊高月 解放軍報(bào) 2001年01月17日 第9版） 　　由近期的幾場高技術(shù)條件下的局部戰(zhàn)爭可以看到，隨著新軍事革命浪潮的到來，高度信息化的武器平臺已經(jīng)開始發(fā)揮戰(zhàn)場主導(dǎo)作用。數(shù)字化戰(zhàn)爭需要利用全方位、多手段的傳感器系統(tǒng)感知和收集戰(zhàn)場各種信息；對這些信息進(jìn)行判讀、分析、綜合與管理，實(shí)現(xiàn)"傳感器-控制器-武器"一體化。戰(zhàn)場生物傳感器不但能準(zhǔn)確識別各種生化戰(zhàn)劑，而且可與計(jì)算機(jī)配合可及時(shí)提出最佳防護(hù)和治療方案，還可通過測定炸藥、火箭推進(jìn)劑的降解情況來發(fā)現(xiàn)敵人庫存彈藥的數(shù)量和位置，成為戰(zhàn)場偵察的有效手段。美國國防部編制的新條令中有指揮員如何利用傳感器系統(tǒng)預(yù)測敵人的行動的條例，基于多傳感器的信息獲取系統(tǒng)指指揮員能夠?qū)⒄麄€(gè)戰(zhàn)場傳來的各種信息綜合起來，利用這些信息判斷敵人的動向。到2010年，美國希望能夠把GPS系統(tǒng)裝備到每個(gè)士兵身上，并且和武器系統(tǒng)連接起來，使整個(gè)戰(zhàn)場數(shù)字化。近年來，美國軍方從飛機(jī)上或直接在地面上撒播成千上萬個(gè)微型傳感器，來監(jiān)視敵方的活動。麻省理工學(xué)院的林肯實(shí)驗(yàn)室正在研究一種香煙盒大小、能拍照片的飛行器。另外，把煙霧劑噴灑到敵方部隊(duì)上空，或把化學(xué)品摻入敵方的食品中，然后用生物或空氣傳感器就能追蹤敵方的一舉一動。 　　21世紀(jì)隱身武器將成為戰(zhàn)場上的主角，隱身武器是指采用了防止敵方雷達(dá)、紅外、聲納、可見光等有效探測的偽裝技術(shù)的兵器，有隱身飛機(jī)、隱身導(dǎo)彈、隱身火炮、隱身坦克、隱身艦船等，如美國的F－22隱身戰(zhàn)斗機(jī)，"北極光"隱身偵察機(jī)、"聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(jī)"（JSF）、AGM-129型隱身巡航導(dǎo)彈、 "海影"號隱身戰(zhàn)艦、俄羅斯S-37前掠翼多用途戰(zhàn)斗機(jī)和X-65C3反艦導(dǎo)彈、法國的"拉斐特"級護(hù)衛(wèi)艦、瑞典"維斯比"級隱身護(hù)衛(wèi)艦等，隱身武器具有耐久的隱身特性和極強(qiáng)的態(tài)勢感知能力。隱身武器使偵察與反偵察斗爭更加激烈，戰(zhàn)爭突然性增加，使得進(jìn)一步加強(qiáng)傳感器技術(shù)的研究顯得尤為重要和迫切。在未來戰(zhàn)爭中，新一代精確化和智能化的常規(guī)武器和電子武器可能在實(shí)質(zhì)上取代核武器的位置。智能武器"把巨大的殺傷力和極高的精確性相結(jié)合，將會使軍事機(jī)構(gòu)思考未來戰(zhàn)爭的方式發(fā)生革命"。 高技術(shù)常規(guī)武器成為比核武器更可靠的手段，"打了不用管"的制導(dǎo)炮彈能像導(dǎo)彈那樣捕捉和跟蹤目標(biāo)，射程遠(yuǎn)，威力大，價(jià)格低，命中率高，具有子母彈的打擊能力，以及破甲彈、動能彈的攻擊方式。竊聽炮彈發(fā)射至目標(biāo)區(qū)域后，能自動探測不同類型的聲響，獲取戰(zhàn)場目標(biāo)信息并將信息發(fā)送給控制中心。這種炮彈對目標(biāo)的分辨能力很強(qiáng)，而且不受地形和氣候的限制，具有及時(shí)、隱蔽和不間斷的目標(biāo)偵探和監(jiān)控功能，擴(kuò)大了戰(zhàn)場信息探測的時(shí)空范圍。電視偵察炮彈可用火炮發(fā)射至目的地，彈中的攝像機(jī)將拍攝到的戰(zhàn)場實(shí)況通過微型發(fā)射機(jī)傳輸回去，整個(gè)偵察過程猶如電視臺的實(shí)況轉(zhuǎn)播那樣直觀。能蹦，能跳，能飛，能夠主動、準(zhǔn)確地探測跟蹤坦克、裝甲戰(zhàn)車，垂直攻擊坦克的頂部或腹部的地雷目前已研制成功。美國XM93廣域智能反坦克地雷布設(shè)后展開穩(wěn)定支腿和由3個(gè)微音器和1個(gè)地雷探測器組成的傳感器陣列，當(dāng)傳感器陣列在毀傷半徑內(nèi)探測到坦克到來后即進(jìn)行跟蹤，并測定坦克的行進(jìn)方向和速度，由微處理機(jī)計(jì)算出坦克運(yùn)行軌跡，然后控制子彈藥發(fā)射裝置處于準(zhǔn)確的發(fā)射角度，同時(shí)計(jì)算出子彈藥飛行軌跡與坦克運(yùn)行軌跡的交匯點(diǎn)，使子彈藥旋轉(zhuǎn)對準(zhǔn)目標(biāo)，適時(shí)點(diǎn)火起爆，通過爆炸成型戰(zhàn)斗部擊穿坦克頂甲。 美國ERAM遠(yuǎn)程反裝甲地雷由發(fā)射器、音響探測器、數(shù)據(jù)處理器和2枚帶紅外傳感器的"斯基特"自鍛破片戰(zhàn)斗部等部分組成。法國的"瑪扎克"（Mazac）聲控反坦克地雷也是一種自動尋的攻擊坦克頂甲的智能地雷，安裝有音響探測器、紅外探測器和微處理器。美國AHM反直升機(jī)地雷該雷由通過聲傳感器和信號處理器探尋直升機(jī)螺旋槳葉片的獨(dú)特聲響，并能分辨直升機(jī)的類型，其可靠性達(dá)90％。在地面作戰(zhàn)中，可能會出現(xiàn)"機(jī)器人部隊(duì)" 在用于陸戰(zhàn)的軍用機(jī)器人中，最引人注目的就是昆蟲大小裝有傳感器，具有視覺和通信能力的微型機(jī)器人，美國陸軍正在研制的一種偵察微型機(jī)器人（marv），其直徑只有5毫米，桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室可以制造出只有幾毫米大小的可發(fā)現(xiàn)和摧毀敵人核生化武器的靈巧機(jī)器人，可以為戰(zhàn)場上的士兵提供核以及生化武器的探測預(yù)警能力，并可用于反恐怖活動。1997年，美國國防高級研究計(jì)劃局制定了為期4年，耗資3500萬美元的微型無人機(jī)計(jì)劃。美國國防高級研究計(jì)劃局要求微型無人機(jī)長、寬、高均不大于15厘米，能實(shí)時(shí)成像，有效范圍達(dá)10千米，時(shí)速達(dá)50千米，可在空中滯留20～120分鐘，可以用來為排、連和旅提供偵察與監(jiān)視、戰(zhàn)場損傷評估、目標(biāo)信息、通信中繼，并能探測化學(xué)、核、生物戰(zhàn)劑，可向單兵提供實(shí)時(shí)戰(zhàn)場態(tài)勢和偵察信息。美國國防高級研究計(jì)劃局預(yù)計(jì)微型無人機(jī)在2003年裝備美軍。目前，已研制成功多種樣機(jī)："微星"無人機(jī)，展翼15厘米，重100克，鋰電池動力，裝備光學(xué)攝像機(jī)，GPS定位儀，巡航飛行20～60分鐘，有效飛行距離5千米，飛行高度約15 ～91米，巡航速度約55．6千米／小時(shí)；"克里卜里 無人直升機(jī)，重300克，攜帶紅外成像設(shè)備，集成全球定位系統(tǒng)／加速度計(jì)／陀螺儀，巡航飛行2小時(shí)；"黑寡婦"無人機(jī)，比手掌稍大，鋰電池動力，裝備機(jī)載雷達(dá)，巡航速度20米／秒，巡航時(shí)間20分鐘，有效飛行距離1000米；"微船"無人機(jī)，重10克的小型撲翼機(jī)，搭載微型攝像機(jī)及下載鏈路或聲音傳感器，一次充電能飛行20秒，預(yù)計(jì)最終能在空中停留3分鐘；"昆蟲"無人機(jī)，由鋰電池給壓電致動器提供能量，這些外層涂有陶瓷的很薄的金屬板在施加能量時(shí)就會彎曲，而在能量移走時(shí)就恢復(fù)原狀，致動器在機(jī)器人的金屬骨架和機(jī)翼上產(chǎn)生振動，使之爬行或是飛行；"美鈔"無人機(jī)，1美元紙鈔大小的無人機(jī)，裝有超敏銳感應(yīng)器，可"聞 出柴油發(fā)動機(jī)排出的廢氣，且可以拍攝夜間紅外照片，將敵動態(tài)和坐標(biāo)傳到200千米外的基地，引導(dǎo)導(dǎo)彈精確命中目標(biāo)。 美國陸軍正在和陸軍研究實(shí)驗(yàn)室合作開發(fā)用于目標(biāo)偵察、目標(biāo)分類、目標(biāo)定位和統(tǒng)計(jì)地面和空中目標(biāo)數(shù)量的傳感器，這種傳感器，可以提供高保真的情報(bào)數(shù)據(jù)，生成高清晰度的目標(biāo)輪廓，并具有"全景"成像能力。