求传感器技术的应用论文

【专家解说】：　　参考： 　　传感器与战争武器装备 　　传感器技术是材料学、力学、电学、磁学、微电子学、光学、声学、化学、生物学、精密机械、仿生学、测量技术、半导体技术、计算机技术、信息处理技术、乃至系统科学、人工智能、自动化技术等众多学科相互交叉的综合性高新技术密集型前沿技术，广泛应用于航空航天、兵器、信息产业、机械、电力、能源、交通、冶金、石油、建筑、邮电、生物、医学、环保、材料、灾害预测预防、农林渔业、食品、烟酒制造、建筑、汽车、舰船、机器人、家电、公共安全等领域，可以说是无所不在。敏感元件与传感器技术发展迅猛，是当代科学技术发展的重要标志，与通信技术、计算机技术构成信息科学技术的三大支柱。21世纪是人类全面进入信息电子化的时代，随着人类探知领域和空间的拓展，使得人们需要获得的自然信息的种类日益增加，需要信息传递的速度加快，信息处理能力增强，因此要求与此相对应的信息获取技术即传感技术必须跟上信息化发展的需要。传感器是人类探知自然界信息的触觉，为人们认识和控制相应的对象提供条件和依据。当计算机技术和通信技术飞速发展时，信息获取装置即传感器发展的相对滞后造成了"大脑发达、五官不灵"，这已经开始引起人们的警觉和各发达国家的重视，对传感器技术和产品的需求迅速提升。传感技术将成为二十一世纪世界各国在高新技术发展方面争夺的一个重要领域。美国国家长期安全和经济繁荣至关重要的22项技术中有6项与传感器技术直接相关。关于保护美国武器系统质量优势至关重要关键技术中8项为无源传感器。美国空军2000年举出15项有助于提高21世纪空军能力关键技术，传感器技术名列第二。美国还成立了国家技术小组（BTG），帮助政府组织和领导各大公司与国家企事业部门的传感器技术开发工作。日本把传感器技术与计算机、通信、激光半导体、超导并列为6大核心枝术，日本科学技术厅制定的二十世纪九十年代重点科研项目中有70个重点课题，其中有18项是与传感器技术密切相关。德国视军用传感器为优先发展技术，英、法等国对传感器的开发投资逐年升级，俄罗斯的军事航天计划中也列有传感器技术。 　　先进的科学技术总是最先被应用于战争。以坦克、飞机、军舰为标志的作战平台是传统的主战兵器，各类传感器不过是配属的保障设施，而当前由信息技术发展推动的军事革命把重点从作战平台转向如何观察战场、怎样传递所观察到的战场情况、怎样运用那些性能优越的精确武器的问题上来，从重视军舰、坦克和飞机转为重视信息获取技术和信息获取装置的作用，传感器、通信以及精确制导武器等已在战争中至关重要的作用。海湾战争中，伊拉克在科威特战区部署了4280辆坦克，多国部队只有3800辆坦克。但结果是伊拉克的坦克89％被毁，而多国部队的坦克仅损失20辆。这种悬殊的损毁比，正是由于双方信息优势及精确制导武器方面的明显差距造成的。从重视作战平台到重视传感器，是信息时代军队武器装备发展思路的重大变化，将对未来军事力量的建设带来重要影响。充分发挥信息优势，可以减少飞机、坦克、舰空母舰等作战平台的数量，而维持作战能力不变甚至使作战能力得到提高。兰彻斯特方程谈到，进攻要想成功，就得使用三倍于防守方的兵力。而信息技术的发展使人类能对战场了如指掌，使得拥有信息优势的一方能更具战略性优势，可以打击战略要害，以更为有效的方式运用力量，大大提高使用兵力的效率。二战以来，飞机、坦克、军舰等作战平台本身性能的提高几乎接近极限，而作战平台上所载的电子信息装备和精确制导武器、弹药的发展却仍有很大的余地。信息技术在军事上的应用不断赋予现有的作战平台新的活力，实现作战能力的更新和提高。在资金有限的情况下，拥有足够好的作战平台就足够了，在武器发展的优先顺序上，应将重点放在各种作战平台的综合运用和发挥综合作用上，使之具有更高的效能和效率，充分利用信息技术，使作战平台和传感器的发展更好地结合起来，不断改善和提高现有作战平台潜力。传统的有人操作的大型作战平台将会逐渐退出战争舞台，军事革命的技术将迫使人们重新思考是否把军事平台用做施加武力的载体，因为在一个信息获取无处不在的世界上，与一个能够洞察一切的对手进行战争，将会有很大的麻烦。因此，必须考虑重建武装力量，使之具有很强的信息获取、信息传输、信息处理能力，更强的机动性，更好的远程作战能力，更加轻便灵活，甚至达到能使人员脱离战场的程度。（陈伯江《光明日报》 2001-01-16）美国陆军第三军军长兼胡德堡基地司令利昂?J?拉波特中将认为：信息时代的战争要把传感器、情报分析系统和发射器要连接成一个整体，提高官兵的战场态势感知能力，要求部队充分利用传感器网，集中精力关注实时敌情。美军在陆、海、空、天部署了各种各样的传感器并连接成网，用于探测和跟踪敌军情况。由功能和用途各不相同的单个传感器连接成网，能够提高探测速度，实现传感器间的互相查询，使数字化部队能够实时地关注敌情，全面提高其战场态势感知能力。传感器与发射器相连接，进入网络系统，现在需要数分钟间才能完成的事情，实现传感器至发射器的连接后，在几秒钟内就能完成，极大的提高了部队的反应机动能力和战斗力。（军事科学院研究员 樊高月 解放军报 2001年01月17日 第9版） 　　由近期的几场高技术条件下的局部战争可以看到，随着新军事革命浪潮的到来，高度信息化的武器平台已经开始发挥战场主导作用。数字化战争需要利用全方位、多手段的传感器系统感知和收集战场各种信息；对这些信息进行判读、分析、综合与管理，实现"传感器-控制器-武器"一体化。战场生物传感器不但能准确识别各种生化战剂，而且可与计算机配合可及时提出最佳防护和治疗方案，还可通过测定炸药、火箭推进剂的降解情况来发现敌人库存弹药的数量和位置，成为战场侦察的有效手段。美国国防部编制的新条令中有指挥员如何利用传感器系统预测敌人的行动的条例，基于多传感器的信息获取系统指指挥员能够将整个战场传来的各种信息综合起来，利用这些信息判断敌人的动向。到2010年，美国希望能够把GPS系统装备到每个士兵身上，并且和武器系统连接起来，使整个战场数字化。近年来，美国军方从飞机上或直接在地面上撒播成千上万个微型传感器，来监视敌方的活动。麻省理工学院的林肯实验室正在研究一种香烟盒大小、能拍照片的飞行器。另外，把烟雾剂喷洒到敌方部队上空，或把化学品掺入敌方的食品中，然后用生物或空气传感器就能追踪敌方的一举一动。 　　21世纪隐身武器将成为战场上的主角，隐身武器是指采用了防止敌方雷达、红外、声纳、可见光等有效探测的伪装技术的兵器，有隐身飞机、隐身导弹、隐身火炮、隐身坦克、隐身舰船等，如美国的F－22隐身战斗机，"北极光"隐身侦察机、"联合攻击战斗机"（JSF）、AGM-129型隐身巡航导弹、 "海影"号隐身战舰、俄罗斯S-37前掠翼多用途战斗机和X-65C3反舰导弹、法国的"拉斐特"级护卫舰、瑞典"维斯比"级隐身护卫舰等，隐身武器具有耐久的隐身特性和极强的态势感知能力。隐身武器使侦察与反侦察斗争更加激烈，战争突然性增加，使得进一步加强传感器技术的研究显得尤为重要和迫切。在未来战争中，新一代精确化和智能化的常规武器和电子武器可能在实质上取代核武器的位置。智能武器"把巨大的杀伤力和极高的精确性相结合，将会使军事机构思考未来战争的方式发生革命"。 高技术常规武器成为比核武器更可靠的手段，"打了不用管"的制导炮弹能像导弹那样捕捉和跟踪目标，射程远，威力大，价格低，命中率高，具有子母弹的打击能力，以及破甲弹、动能弹的攻击方式。窃听炮弹发射至目标区域后，能自动探测不同类型的声响，获取战场目标信息并将信息发送给控制中心。这种炮弹对目标的分辨能力很强，而且不受地形和气候的限制，具有及时、隐蔽和不间断的目标侦探和监控功能，扩大了战场信息探测的时空范围。电视侦察炮弹可用火炮发射至目的地，弹中的摄像机将拍摄到的战场实况通过微型发射机传输回去，整个侦察过程犹如电视台的实况转播那样直观。能蹦，能跳，能飞，能够主动、准确地探测跟踪坦克、装甲战车，垂直攻击坦克的顶部或腹部的地雷目前已研制成功。美国XM93广域智能反坦克地雷布设后展开稳定支腿和由3个微音器和1个地雷探测器组成的传感器阵列，当传感器阵列在毁伤半径内探测到坦克到来后即进行跟踪，并测定坦克的行进方向和速度，由微处理机计算出坦克运行轨迹，然后控制子弹药发射装置处于准确的发射角度，同时计算出子弹药飞行轨迹与坦克运行轨迹的交汇点，使子弹药旋转对准目标，适时点火起爆，通过爆炸成型战斗部击穿坦克顶甲。 美国ERAM远程反装甲地雷由发射器、音响探测器、数据处理器和2枚带红外传感器的"斯基特"自锻破片战斗部等部分组成。法国的"玛扎克"（Mazac）声控反坦克地雷也是一种自动寻的攻击坦克顶甲的智能地雷，安装有音响探测器、红外探测器和微处理器。美国AHM反直升机地雷该雷由通过声传感器和信号处理器探寻直升机螺旋桨叶片的独特声响，并能分辨直升机的类型，其可靠性达90％。在地面作战中，可能会出现"机器人部队" 在用于陆战的军用机器人中，最引人注目的就是昆虫大小装有传感器，具有视觉和通信能力的微型机器人，美国陆军正在研制的一种侦察微型机器人（marv），其直径只有5毫米，桑迪亚国家实验室可以制造出只有几毫米大小的可发现和摧毁敌人核生化武器的灵巧机器人，可以为战场上的士兵提供核以及生化武器的探测预警能力，并可用于反恐怖活动。1997年，美国国防高级研究计划局制定了为期4年，耗资3500万美元的微型无人机计划。美国国防高级研究计划局要求微型无人机长、宽、高均不大于15厘米，能实时成像，有效范围达10千米，时速达50千米，可在空中滞留20～120分钟，可以用来为排、连和旅提供侦察与监视、战场损伤评估、目标信息、通信中继，并能探测化学、核、生物战剂，可向单兵提供实时战场态势和侦察信息。美国国防高级研究计划局预计微型无人机在2003年装备美军。目前，已研制成功多种样机："微星"无人机，展翼15厘米，重100克，锂电池动力，装备光学摄像机，GPS定位仪，巡航飞行20～60分钟，有效飞行距离5千米，飞行高度约15 ～91米，巡航速度约55．6千米／小时；"克里卜里 无人直升机，重300克，携带红外成像设备，集成全球定位系统／加速度计／陀螺仪，巡航飞行2小时；"黑寡妇"无人机，比手掌稍大，锂电池动力，装备机载雷达，巡航速度20米／秒，巡航时间20分钟，有效飞行距离1000米；"微船"无人机，重10克的小型扑翼机，搭载微型摄像机及下载链路或声音传感器，一次充电能飞行20秒，预计最终能在空中停留3分钟；"昆虫"无人机，由锂电池给压电致动器提供能量，这些外层涂有陶瓷的很薄的金属板在施加能量时就会弯曲，而在能量移走时就恢复原状，致动器在机器人的金属骨架和机翼上产生振动，使之爬行或是飞行；"美钞"无人机，1美元纸钞大小的无人机，装有超敏锐感应器，可"闻 出柴油发动机排出的废气，且可以拍摄夜间红外照片，将敌动态和坐标传到200千米外的基地，引导导弹精确命中目标。 美国陆军正在和陆军研究实验室合作开发用于目标侦察、目标分类、目标定位和统计地面和空中目标数量的传感器，这种传感器，可以提供高保真的情报数据，生成高清晰度的目标轮廓，并具有"全景"成像能力。