无线传感器网络有助于实现有效的战场态势感知

   2022-12-05 工业品商城113
核心提示:典型的想法是使用飞机在战场的广阔区域内散布大量的微型传感器节点。这些节点自行组成网络,收集、传输、融合战场信息,为各参战单位提供信息服务。根据白宫信息技术专家的说法,计算机、通信和小型化技术的进步正在引领美国军方进入一个新时代,这对国防技术具有“革命性”的影响。总统办公室下属的国家信息技术研究与发展

典型的想法是使用飞机在战场的广阔区域内散布大量的微型传感器节点。这些节点自行组成网络,收集、传输、融合战场信息,为各参战单位提供信息服务。

根据白宫信息技术专家的说法,计算机、通信和小型化技术的进步正在引领美国军方进入一个新时代,这对国防技术具有“革命性”的影响。总统办公室下属的国家信息技术研究与发展综合办公室主任大卫;尼尔森表示,无线传感器网络技术预示着它将为战场带来新的电子眼睛和耳朵,“可以在未来几十年内改变战场环境”。

由于其密集性和随机分布性,无线传感器网络非常适合恶劣的战场环境,包括侦察敌情、监测部队、装备和物资、判断生化袭击等应用。监测友军部队、装备和弹药的部署;剧场监控;对敌军的侦察;目标跟踪;战争损失评估;检测和侦察核、生物和化学攻击等。

鉴于无线传感器网络在军事应用中的巨大作用,引起了世界许多国家军事部门、工业界和学术界的高度重视。2003年,美国自然科学基金会制定了传感器网络的研究计划,投资3400万美元支持相关基础理论的研究。美国国防部和所有军事部门都非常重视传感器网络。在C4ISR的基础上,提出了C4KISR计划,该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,并将传感器网络作为一个重要的研究领域,设立了一系列军事传感器网络研究项目。一些信息产业巨头,如美国的英特尔公司和美国的微软公司,也开始了他们在传感器网络方面的工作,并且已经制定或开始了相应的行动计划。日本、英国、意大利、巴西等国也对传感器网络表现出了极大的兴趣。

无线传感器网络的典型应用模式可以分为两类。一种是传感器节点监测环境状态的变化或事件的发生,并将事件或变化的状态报告给管理中心;一种是管理中心向某个区域的传感器节点发出命令,传感器节点执行命令并返回相应的监控数据。相应地,在传感器网络中有两种主要的通信模式。一种是传感器将采集的数据传输到管理中心,称为多对一通信方式;首先,管理中心向区域内的传感器节点发出命令,称为一对多通信模式。前一种通信方式数据量大,后一种相对较小。

智能灰尘是一种具有计算机功能的超微传感器,由微处理器、无线电收发器和使它们能够形成无线网络的软件组成。如果在一定范围内散布一些尘粒,就可以相互定位,收集数据,向基站传输信息。近年来,由于硅片技术和生产工艺的快速发展,集成了传感器、计算电路、双向无线通信模块和电源模块的粉尘装置体积已经缩小到沙粒大小,但却包含了从信息采集、信息处理到信息传输的所有必要部件。未来,智能灰尘甚至可以悬浮在空中几个小时,收集,处理和传输信息,并且它可以仅依靠微型电池工作多年。智能微尘的遥感器芯片可以跟踪敌人的军事行动,可以在宣传品、子弹或炮弹中包装大量的智能微尘,在目标地点撒下,形成严密的监控网络,敌人的军事实力和人员、物资的流向自然一清二楚。

网络嵌入式系统技术是一项战场应用实验,是DARPA主导的项目,将实现系统与信息处理的一体化。项目的量化目标是建立一个具有100 ~ 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致动器的物理和信息系统组件。基本嵌入式系统技术节点采用现场可编程门阵列(FPGA)模式。该项目应用了微传感器、微电子学、先进的传感器融合算法、自定位技术和信息技术的大量成果。该项目的远期目标是实现传感器信息的网络中心分布和集成,显著提高作战态势感知能力。2003年,该项目成功验证了可以精确定位敌方狙击手的传感器网络技术。它使用一些廉价的音频传感器来合作定位敌人的射手,并在所有战斗人员的个人电脑上标记出来。三维空间定位精度可达1.5米,定位延迟可达2秒。它甚至可以显示敌人射手跪姿射击和站立射击的区别。

美国西哈诺科学公司(Cyrano Sciences Company)将化学剂检测和数据解释结合到一种专有的芯片技术中,称为西哈诺鼻芯片(Cyrano NoseChip)。基于这项技术,我们可以创建一个低成本的化学传感器系统,捕捉和解释数据,并提供实时警报,以应对恐怖分子使用化学武器的攻击。该系统在前端使用C320手持传感器来收集关于化学制剂的数据。传感器与后面的笔记本电脑无线连接,远程监控和服务器程序在计算机上运行。该系统使用IBM的无线通信设备WebSphere MQ Everyplace来传输数据。这种手持设备还可以小型化成微小的节点,可以部署在监控环境中,形成自主的无线传感器网络。

“智能传感器网络”(SSW)是美国陆军为满足网络中心战的需求而开发的一种新型传感器网络。它的基本思想是在战场上设置大量的传感器来收集和中继信息,对相关的原始数据进行过滤,然后将那些重要的信息传输到数据融合中心,这样就可以将大量的信息整合成战场的全景图,在作战人员需要的时候分发给他们,从而大大提高他们对战场态势的认知。作为一种军事战术工具,SSW系统可以从大型传感器矩阵中为战场指挥官提供动态更新的数据库,并及时向相关作战人员提供实时或近实时的战场信息,包括高分辨率数字地图、三维地形特征、多光谱图形以及从有人和无人地面车辆、无人飞机、空中、海上和卫星获得的其他信息。该软件将通过采用预先建立的标准来解释传感器的内容,并将它们与相关信息如道路、建筑物、天气、单位位置以及其他传感器输入的信息相关联,从而为交战网络提供触发传感器的真实事件的实时信息,如火灾、装甲车行动和爆炸。SSW系统是基于网络平台的传感器集成,通过代理的交互来实现。例如,一个被触发的传感器主体可能需要在其范围内激活其他传感器,以澄清和确认前后的相关信息。这些需要的信息与SSW中来自气候或武器层的信息相结合,生成战斗环境的全景图。

美国陆军最近建立了无人值守地面传感器组项目,其主要目标是使基层部队的指挥官能够灵活地将传感器部署到他们想要的任何地方。该项目是支持陆军“更广阔视野”的三个项目之一。

这种系统是一种智能传感器网络,可以更详细、更准确地探测到精确信息,比如一些特殊地形区域的特殊信息(登陆作战中敌方海滩的详细地理特征、丛林地区的地面硬度和干湿度)等。,并为更准确地制定作战行动计划提供信息依据。它以“数字路标”为传输工具,为所有作战平台和部队提供“你所需要的”信息服务,情报侦察和获取能力有了质的飞跃。该系统群由分布式微型传感器网络系统、机载和车载侦察探测设备等组成。

传感器网络系统的核心是实时数据库管理系统。这种系统可以利用现有的通信机制将传感器信息从战术层面管理到战略层面,管理工作只需要一台专用的商用笔记本电脑,不需要其他专用设备。该系统利用现有带宽进行通信,可以协调来自地面和空中监视传感器以及空间监视设备的信息。该系统可以部署到各级指挥单位。


 
 
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