無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的軍事應用
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由低成本、低功耗的微型傳感器節點(diǎn)構成的以自組織模式工作的WSN系統也具有一定的局限性：
(1)能量的有限性
WSN中的傳感器節點(diǎn)體積微小，一般依賴(lài)能量有限的電池供電。其特殊的應用領(lǐng)域和大規模的應用數量，決定了使用過(guò)程中無(wú)法對其進(jìn)行能量更新，一旦電池耗盡該節點(diǎn)便隨即“死亡”。因此，在WSN設計過(guò)程中如何提高能量使用效率和節點(diǎn)生命周期，是需要考慮的首個(gè)重要因素。
(2)硬件資源的有限性
WSN系統對傳感器節點(diǎn)這種需要大規模部署的微型嵌入式系統的要求非常高，包括體積小、價(jià)格低、功耗小等。受這些要求的限制，傳感器節點(diǎn)的計算能力、程序空間和內存空間非常有限，同時(shí)面向WSN的算法計算設計也要盡可能簡(jiǎn)單，易于在傳感器節點(diǎn)上實(shí)現。
(3)通信能力的有限性
由于無(wú)線(xiàn)通信所需能量與通信距離的n次方成正比，隨著(zhù)通信距離的增加，WSN中傳感器節點(diǎn)的能耗將急劇增加。受能量因素的約束，節點(diǎn)必須在滿(mǎn)足通信暢通和生命周期正常的條件下考慮提高通信距離。同時(shí)，受外界地理條件、自然環(huán)境等的影響，無(wú)線(xiàn)通信性能可能經(jīng)常變化，會(huì )頻繁出現通信中斷等現象，這也使WSN系統的通信能力受到很大的限制。
信息化戰爭中，戰場(chǎng)信息的及時(shí)獲取和反應對于整個(gè)戰局的影響至關(guān)重要。由于WSN具有生存能力強、探測精度高、成本低等特點(diǎn)，非常適合應用于惡劣的戰場(chǎng)環(huán)境中，執行戰場(chǎng)偵查與監控、目標定位、戰爭效能*估、核生化監測以及國土安全保護、邊境監視等任務(wù)。
2．1 戰場(chǎng)偵查與監控
戰場(chǎng)偵查與監控的基本思想，是在戰場(chǎng)上布設大量的WSN，以收集和中繼信息，并對大量的原始數據進(jìn)行過(guò)濾；然后把重要信息傳送到數據融合中心，將大量信息集成為一幅戰場(chǎng)全景圖，以滿(mǎn)足作戰力量“知己知彼”的要求，大大提升指揮員對戰場(chǎng)態(tài)勢的感知水平。
典型的WSN應用方式是用飛行器將大量微傳感器節點(diǎn)散布于戰場(chǎng)地域，并自組成網(wǎng)，將戰場(chǎng)信息邊收集、邊傳輸、邊融合。系統軟件通過(guò)解讀傳感器節點(diǎn)傳輸的數據內容，將它們與諸如公路、建筑、天氣、單元位置等相關(guān)信息，以及其他WSN的信息相互融合，向戰場(chǎng)指揮員提供一個(gè)動(dòng)態(tài)的、實(shí)時(shí)或近實(shí)時(shí)更新的戰場(chǎng)信息數據庫，為各作戰平臺更準確地制定戰斗行動(dòng)方案提供情報依據和服務(wù)，使情報偵察與獲取能力產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。
對戰場(chǎng)的監控可以分為對己方的監控和對敵方的監測，包括軍事行動(dòng)偵察與非軍事行動(dòng)的監測。通過(guò)在己方人員、裝備上附帶各種傳感器，并將傳感器采集的信息通過(guò)匯聚節點(diǎn)送至指揮所，同時(shí)融合來(lái)自戰場(chǎng)的其他信息，可以形成己方完備的戰場(chǎng)態(tài)勢圖，幫助指揮員及時(shí)準確地了解*、武器裝備和軍用物資的部署和供給情況。
通過(guò)飛機或其他手段在敵方陣地大量部署各種傳感器，對潛在的地面目標進(jìn)行探測與識別，可以使己方以遠程、精確、低代價(jià)、隱蔽的方式近距離地觀(guān)察敵方布防，迅速、全方位地收集利于作戰的信息，并根據戰況快速調整和部署新的WSN，及時(shí)發(fā)現敵方企圖和對我方的威脅程度。通過(guò)對關(guān)鍵區域和可能路線(xiàn)的布控WSN，可以實(shí)現對敵方全天候的嚴密監控。
2．2 目標定位
WSN中感知目標信息的節點(diǎn)將感知信息廣播(無(wú)線(xiàn)傳送)到管理節點(diǎn)，再由管理節點(diǎn)融合感知信息，對目標位置進(jìn)行判斷的過(guò)程稱(chēng)為目標定位。目標定位是WSN的重要應用之一，為火力控制和制導系統提供精確的目標定位信息，從而實(shí)現對預定目標的精確打擊。
由于WSN具有擴展性強、實(shí)時(shí)性和隱蔽性好等特點(diǎn)，使得它非常適合對運動(dòng)目標進(jìn)行跟蹤定位，為指揮中心提供被跟蹤對象的實(shí)時(shí)位置信息。WSN的目標定位應用方式可以分為偵測、定位、報告三個(gè)階段。在偵測階段，每個(gè)傳感器節點(diǎn)隨機“啟動(dòng)”以探測可能的目標，并在目標出現后計算自身到目標的距離，同時(shí)向網(wǎng)絡(luò )廣播包括節點(diǎn)位置及與目標的距離等內容的信息。在定位階段，各節點(diǎn)根據接收到的目標方位與自身位置信息，通過(guò)最大似然、三邊測量或三角測量等方法，獲得目標的位置信息，然后進(jìn)入報告階段。在報告階段，WSN會(huì )向距離目標較近的傳感器節點(diǎn)廣播消息，使之啟動(dòng)并加入跟蹤過(guò)程，同時(shí)WSN將目標信息通過(guò)匯聚節點(diǎn)傳輸到管理節點(diǎn)或指揮所，實(shí)現對目標的精確定位。
2003年美國國防高級研究計劃局主導的Network Embed and System Technology項目成功驗證了WSN技術(shù)的準確定位能力。該項目采用多個(gè)廉價(jià)音頻傳感器節點(diǎn)協(xié)同定位敵方狙擊手，并標識在所有參戰人員的個(gè)人計算機中，三維空間的定位精度可達1．5 m，定位延遲達2 s，甚至能顯示出敵方狙擊手采用跪姿和站姿射擊的差異，使指揮員和戰斗員的作戰態(tài)勢感知能力產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。
2．3 毀傷效果*估
戰場(chǎng)目標毀傷效果*估是對火力打擊后目標毀傷情況的科學(xué)*價(jià)，是后續作戰行動(dòng)決策的重要依據。當前應用較多的目標毀傷效果*估系統主要依托于無(wú)人機、偵察衛星等手段，但這些手段均受到飛行距離近、過(guò)頂時(shí)間短、敵方打擊威脅或天氣等因素的制約，無(wú)法全天時(shí)對打擊目標進(jìn)行抵近偵查并對毀傷效果做出正確*估。
WSN系統中，價(jià)格低、生存能力強的傳感器節點(diǎn)可以通過(guò)飛機或火力打擊時(shí)的導彈、精確制導炸彈附帶散布于攻擊目標周?chē)?。在火力打擊之后，傳感器節點(diǎn)通過(guò)對目標的可見(jiàn)光、無(wú)線(xiàn)電通信、人員部署等信息進(jìn)行收集、傳遞，并經(jīng)過(guò)管理節點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)指標分析，可以使作戰指揮員及時(shí)準確地進(jìn)行戰場(chǎng)目標毀傷效果*估。這一方面可以使指揮員能夠掌握火力打擊任務(wù)的完成情況，適時(shí)調整火力打擊計劃和火力打擊重點(diǎn)，實(shí)施正確的決策提供科學(xué)依據；另一方面，也可以最大限度地優(yōu)化打擊火力配置，集中優(yōu)勢火力對關(guān)鍵目標進(jìn)行打擊，從而大大提高作戰資源利用率。
2．4 核生化監測
將微小的傳感器節點(diǎn)部署到戰場(chǎng)環(huán)境中形成自主工作的WSN系統，并讓其負責采集有關(guān)核生化數據信息的采集，形成低成本、高可靠的核生化攻擊預警系統。這一系統可以在不耗費人員戰斗力的條件下，及時(shí)而準確地發(fā)現己方陣地上的核生化污染，為參戰人員提供寶貴的快速反應時(shí)間，從而盡可能地減少人員傷亡和裝備損失。
在核生化戰爭中，對爆炸中心附近及時(shí)、準確的數據采集工作非常重要。能否在最短的時(shí)間內監測到爆炸中心的相關(guān)參數，判斷爆炸類(lèi)型，并對產(chǎn)生的破壞情況進(jìn)行估算，是快速采取應對措施的關(guān)鍵，這些工作常常需要專(zhuān)業(yè)人員攜帶裝備進(jìn)入沾染區進(jìn)行探測。而通過(guò)無(wú)人機、火箭彈等方式向爆炸中心附近布撒WSN傳感器節點(diǎn)，依靠自主工作的WSN系統進(jìn)行數據采集，則可以在遭受核生化襲擊后無(wú)需派遣人員即可快速獲取爆炸現場(chǎng)精確的探測數據，從而避免核反應*探測數據時(shí)直接暴露在核輻射的環(huán)境中而受到核輻射的威脅。
結語(yǔ)
信息化戰爭要求作戰系統“看得清、反應快、打得準”，戰爭雙方誰(shuí)在信息的獲取、傳輸、處理上占據優(yōu)勢，誰(shuí)就能取得制信息權，進(jìn)而掌握戰爭的主動(dòng)權。WSN作為戰場(chǎng)信息獲取的源頭和途徑，以其生存能力強、可靠性和準確性高以及戰場(chǎng)感知實(shí)時(shí)能力強的獨特優(yōu)勢，能夠在信息化戰爭的戰場(chǎng)上發(fā)揮獨特的作用。隨著(zhù)研究的深入和技術(shù)的進(jìn)步，未來(lái)功耗低、安全性高的WSN系統，必將對信息化戰爭產(chǎn)生深遠的影響。
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