传感器网络在军事领域、空间探索的应用与研究进展

1、传感器网络在军事领域的应用

在未来战争中实现一个集命令、控制、通信、监视、侦查和定位于一体的战争指挥系统，传感器网络将会成为不可或缺的部分。由于传感器网络节点的低成本，密集型，自组织性，容错能力和适应范围广等特点，不会因为某些节点的损坏而导致整个系统的崩溃，这一点是传统的传感器技术和侦察技术无法比拟的，也正是因为这一点，使得传感器网络非常适合应用在恶劣的战争环境中，包括监控己方兵力、装备和物资，监视冲突区，侦察敌方地形和布防，定位攻击目标，评估损失。在战争中，对冲突区和军事要地的监视是至关重要的，通过铺设传感器网络，以更隐蔽的方式近距离地观察敌方的布防；当然，也可以直接将传感器节点撒向敌方阵地，在敌方还未来得及反应时迅速收集利于作战的信息。传感器网络也可以为火控和制导系统提供准确的目标定位信息。在生物和化学战中，利用传感器网络及时、准确地探测爆炸中心将会为己方提供宝贵的反应时间，从而最大可能地减小伤亡。传感器网络也可避免核反应部队直接暴露在核辐射的环境中。在军事应用中，与独立的卫星和地面雷达系统相比，传感器网络的潜在优势表现在以下几个方面：

(1) 分布节点中多角度和多方位信息的综合有效地提高了信噪比，这一直是卫星和雷达这类独立系统难以克服的技术问题之一。

(2) 传感器网络低成本、高冗余的设计原则为整个系统提供了较强的容错能力。

(3) 传感器节点与探测目标的近距离接触大大消除了环境噪声对系统性能的影响。

(4) 节点中多种传感器的混合应用有利于提高探测的性能指标。

(5) 多节点联合,形成覆盖面积较大的实时探测区域。

(6) 借助于个别具有移动能力的节点对网络拓扑结构的调整能力,可以有效地消除探测区域内的阴影和盲点。

2、传感器网络在空间探索领域的应用

探索外部星球一直是人类梦寐以求的理想,借助于航天器布撒的传感器网络节点实现对星球表面长时间的监测,应该是一种经济可行的方案。NASA（美国国家航空航天局）的JPL(Jet Propulsion Laboratory)实验室研制的Sensor Webs（传感网络）就是为将来的火星探测进行技术准备的，已在佛罗里达宇航中心周围的环境监测项目中进行测试和完善。

3、传感器网络在上述领域的研究进展情况

美国陆军提出“灵巧传感器网络通信”计划，已被批准为美国年度的一项科学技术研究计划。灵巧传感器网络通信的目标是建设一个通用通信基础设施，支援前方部署，将无人值守式弹药、传感器和未来战斗系统所用的机器人系统连成网络，成倍地提高单一传感器的能力，使作战指挥员能更好、更快地作出决策，从而改进未来战斗系统的生存能力。

美国陆军近期又确立了“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。

美国陆军最近还确立了“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。

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。

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，还可以通过互联网进行远程监视。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。

美国国防部把Smart Sensor Web定为国防部科学技术5个尖端研究领域之一。Smart Sensor Web（智能传感网络）的基本思想是在整个作战空间中放置大量的传感器节点来收集、传递信息，并且将信息汇集到融合点，在那里综合成一张图片，并分发给需要该信息的作战者。Smart Sensor Web将为军队提供大覆盖面、及时、高分辨率信息的能力。Smart Sensor Web是智能、安全、以Web为中心的传感器信息分发和融合网络，可以提高军队的敏感度。