地面战场传感侦察系统及其发展概述

March 2010 Vol.41 No.1 (serial No.138)
航 空 电 子 技 术
AVIONICS
TECHNOLOGY
(BAIS:Battlefield Anti-Intrusion System）AN/PRS-9。 它由三组声响 /震动传感器和一个手持数字终端组 成，可在小部队防御地域的正前方及侧翼建立早期 预警网络。2005 年，又推出 RENBASS-II 改进型远 视目标识别系统 REM-VIEW ， 如图 2 所示。 它将 8～ 12 μ m 波段热成像传感器与声响/震动、磁敏、被动 红外等传感器综合集成，可随机布设在需要监视的 战场上 ,快速展开、自动组网、协同处理，以被动方 式对目标进行探测、识别和分类，并通过中继器、 无人机或卫星通信系统将探测场景高分辨率的静 止图像传输到手持式数字终端和指控中心，实现高 探测概率和极低的虚警率，使指挥员实时了解战场 态势，形成陆、海、空网络化联合感知和协同作战 能力。
导作战飞机实施对地攻击，如图 4 所示。
图3
“铁鹰”和 AADS 网络化远程感知示意图
2006 年, 美国 TEXTRON 公司研制了先进空中 传 送 传 感 器 （ AADS ： Advanced Air Delivered Sensor） ，如图 3 所示。该传感器加装了空中展开装 置、GPS 和两个卫星链路，体型更为灵巧，组网能 力得到加强，已装备美国海军陆战队使用。 3.1.3 侦察与打击一体化装备趋向移动、自组织、 抗毁 智能弹药是一种面向武器装备的侦察与打击 一体化系统， 如美国“ 猛禽” 、 TEXTRON 公司的 “蜘 蛛”等智能弹药系统 ，体现了美军 “ 从传感器到射 手” 、 “ 发现即消灭 ” 的新型作战理念。 其最新代表是 美国 Sensoria 公司研制的 100 个节点规模的智能地 雷阵，如图 4 所示。雷阵布设之后，智能地雷之间 能够相互通信并迅速组成自适应网络。当雷阵被爆 破出缺口后，智能地雷能够迅速发现并借助移动装 置愈合战场缺口，重新自组成网状雷阵。
心战的重要信息基石。对美军地面战场传感侦察系统的研究现状及其发展趋势作出了分析。
[关键词] 无人值守地面传感器；战场监视与侦察；联合战术无线电系统；态势感知 [ 中图分类号] TP212 [ 文献标识码] A [ 文章编号] 1006-141X(2010) 01-0012-05
An Overview of Ground Battlefield Sensor Reconnaissance System and Its Development
家安德鲁斯博士指出，未来作战系统将是一个网络 化的、诸兵种合成的战斗系统，由无人值守地面传 感器、智能武器系统及无人飞行器等组成，是多个 系统组成的集成系统，各系统之间密切协同作战， 从而明确了地面战场传感侦察系统在全球信息栅 格网（GIG ： Global Information Grid）中的地位[3]。
[1]
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技术特点
地面战场传感侦察系统的传感器节点终端由
传感器模块、处理器模块、无线通信模块、能量供 应模块组成，存在 “ 四大受限（能源受限、处理能 力受限、存储能力受限、通信能力受限）” 的技术 特点。其中，传感器模块包括：声响、震动、磁敏、
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地面战场传感侦察系统与发展综述
庞瑞凡等
2010 年 3 月第 41 卷第 1 期 (总第 138 期)
图 1 美军 AN/GSR-8(V)传感侦察装备
RENBASS-II 主要技术指标为： 声响/震动传感器：对履带车探测距离 350 m； 对轮式车探测距离 250 m； 对武装人员探测距离 75 m 。 红外传感器：对履带车探测距离 50 m， 目标移动速度 1.7～ 40 m/s； 对轮式车探测距离 50 m， 对武装人员探测距离 20 m， 目标移动速度 0.1～ 2.4 m/s 。 磁敏传感器：对履带车探测距离 25 m， 目标移动速度 1～ 24 km/h； 对轮式车探测距离 15 m， 目标移动速度 4～ 108 km/h ； 对武装人员探测距离 3 m， 目标移动速度 7 km/h（最小） 。 工作频率： 138 MHz～153 MHz 灵敏度：－111 dBm 发射功率： 2 W 最大传输距离:15 km （视距传输） 工作温度：－40 ℃ ～＋65 ℃ 2004 年， 在 RENBASS-II 的基础上研制了简捷 实用、供排级小部队便携使用的战场防入侵系统
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智能地雷如图 5 所示， 其边缘内置声阵/震动复 合传感器，工作频率为 2.4 GHz，63 hops/s，TDMA 多址方式，数据速率为 250 kbps，内置 GPS ，集成 了 2 个带推进器的移动装置。
图 5 智能地雷
地面战场传感侦察系统与发展综述
庞瑞凡等
2010 年 3 月第 41 卷第 1 期 (总第 138 期)
Ground battlefield sensor reconnaissance system is the foundation stone of modern network centric
warfare combining sensor technology with signal & information processing and wireless network transmission technology. This paper analyzes the latest research of US Army and future development trend.
传感侦察装备器材是美军代表性的地面战场传感 侦 察 装 备 。 2000 年 ， 美 国 L-3COM 研 制 出 RENBASS-II 第 二 代 地 面 战 场 传 感 侦 察 装 备 AN/GSR-8(V)， 如图 1 所示。 它采用高速 CPU 和更 为先进的声响/震动目标识别、 分类算法，增加了红 外、磁敏传感器，可确定武装人员、车辆、坦克等 目标的行进方向，具有全天时、全天候、各种地质 条件下的侦察能力， 体积、重量、 功耗进一步减小。
此外，为打赢临地空间 “ 一树之高” 争夺战，美 国针对武装直升机、巡航导弹等主要突袭力量，已 研制出基于声阵列传感器的反直升机地雷，并正在 研制廉价的超低空飞行目标无人值守、被动探测、 察打一体化武器系统，充实空军防空兵雷达盲区， 打造瞄准陆军航空兵蛙跳战术的杀手锏武器。 3.2 基础研究现状 DARPA 主要资助了两个大型研究计划 ，即 1980 年的分布式传感器网络（ DSN ： Distributed Sensor Network）计划和 1998 年的传感器信息技术 （ SensIT： Sensor Information Technology）计划。 近几年，DARPA 还制订了“ 灵巧传感器网络通信 ” 、 “ 无人值守地面传感器群” 、 “ 战场环境侦察与监视系 统” 等多项研究计划，目前，许多研究尚处于关键 技术演示验证阶段，距离大规模实际使用尚有一段 距离，但代表了该领域的最高水平 。 3.2.1 “智能尘埃” （ Smart Dust）计划突出“ 微” 1998 年， 在 MEMS 技术的推动下，DARPA 资 助 UC Berkeley 公司执行 “智能尘埃” （ Smart Dust） 计划。研制基于 MEMS 和集成电路技术，体积不 超过 1 mm ，使用太阳能电池，具有紫外光通信能 力的自治传感器节点。它体积小、重量轻，可以附 着在其它物体上，甚至在空中浮动。如果这种系统 在未来战场上布设，即使敌方知道它们的位置，也 会因为数量太多、体积太小而无可奈何。目前，UC Berkeley 公司已研制出 16 cm 内嵌多种传感器的 “ 大尘埃” ，并于 2001 年 3 月成功进行了 16 个节点 的外场空投试验。 3.2.2 SensIT 计划突出“ 网” 1998 年， DARPA 协调 25 个研究机构开展了著 名的 SensIT 计划，共分为 29 个子课题。主要进行 了二个方面的研究： （ 1）研究适应战场高度动态环 境、可以快速进行任务分配和查询的反应式网络技 术； （2）研究能够发挥网络化观测优势的协同信息 处理技术。美军于 2001 年 11 月完成了 70 个节点 的系统演示。 3.2.3 ExScal 计划突出“ 大规模 ” 2003 年 9 月，DARPA 在 “ A Line in the Sand” 计划基础上提出了 ExScal 计划， 设计将 10000 个节 点有规律地布设在 10 km× 1 km 区域内，研究边境
地面传感器（ UGS： Unattended Ground Sensor ） ，是 一种无源被动探测的侦察与监视装备，一直伴随着 军事需求而发展 。地面战场传感侦察系统最早由 美国军方在越战时期推出，成功监测了胡志明小道 的动向，并引导空军对其实施了封锁[2]。受此鼓舞, 美国国防部国防高级研究计划局 （DARPA： Defense Advanced Research Projects Agency（和美国国家科 学基金委员会（ NSF：National Science Foundation） 联合资助了一系列研究计划，推动了以网络中心战 为核心的新军事革命。2003 年， 美国陆军首席科学
PANG Rui-fan，DING Yong-fei ，XU Ding-hai ，LIU Guo-liang
（China National Aeronautical Radio Electronics Research Institute, Shanghai 200233, China）
Abstract:
美军为实施大纵深、远距离战场侦察与监视的 全球战略，充分发挥其空中及太空优势，全力研制 灵巧的复合型空投传感侦察装备 。 1998 年美国 SenTech 公司在“ 钢铁响尾蛇” （ Steel Rattler）基础 上开发了“ 铁鹰” （Steel Eagle）空投型侦察装备, 如 图 3 所示。该系统长 1.5 m，直径 10 cm，重 1.5 kg， 复合了声阵、 震动、 气象等多种类传感器， 可由 F15E 空投，通过无人机或卫星中继，攻克了地面天线贴 地传输难题，可将战场温度、湿度、气压、光照、 部队运动等信息通过专用战术数据链传送到远端 的情报指挥中心，形成及时准确的态势感知，并引
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3.1
国际研究现状
装备研究现状 90 年代末，随着微机电系统 (MEMS)技术、高
速处理器技术、分布式协同信息处理技术、无线网 络传输技术的快速发展，美国开展了一系列地面战 场传感侦察装备研究，其巨大应用价值引起了世界 各国军事部门和科研机构的极大关注，进入一个高 速发展期。 3.1.1 便携式装备趋向小型、智能、成像、网络 化 远 程 监 控 战 场 传 感 器 系 统 （ REMBASS ： Remotely Monitored Battlefield Sensor System ）系列
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地面战场传感侦察系统及其发展概述
庞瑞帆，丁勇飞，徐丁海，刘国梁
（中国航空无线电电子研究所，上海 200233）
[摘 要]
地面战场传感侦察系统集传感器技术、信号与信息处理技术、无线网络传输技术为一体，是网络中
图 2 美军 REM-VIEW 传感侦察装备
此外， 美国 Harris 公司的 “猎鹰守卫” RF-5400、 TEXTRON 公司的 FCS-UGS 和 OASIS2 等系列地面 侦察与监视装备已装备部队，性能处于国际领先水 平。 3.1.2 空投型装备趋向复合、灵巧、网络化
图 4 智能地雷阵战场愈合示意图
红外、温湿度、视频、生化、核辐射、组合气象等 多种类传感器。 地面战场传感侦察系统通过人工布设、飞机空 投、火炮发射等方式随机密集布设在边境地段、敌 方纵深地域及其可能通过的地段和要道上，以短距 低速通信方式迅速组成分簇、网状、树型等多种网 络拓扑，推举的簇头通过单跳或多跳路由与隐蔽的 汇聚节点相连，并通过中继器、无人机或卫星接入 战场数据链，对敌方武装人员、轮式车、履带车、 超低空飞行器等目标实施无人值守、昼夜监视地进 行检测、识别、分类、定位和跟踪，将感知信息传 送到远端的情报指挥中心，形成战场传感侦察情 报，根据战场态势做出反应决策，完成火力控制、 精确制导、电子对抗、辅助决策等作战意图，为作 战指挥提供情报保障。 地面战场传感侦察系统是一种大规模的、动态 可重构的、四大受限的自治协同信息系统。当发生 环境变化、能源耗尽、节点故障等影响时，网络拓 扑结构容易动态变化，它能够充分利用节点布设的 冗余度，自适应重构网络拓扑，发挥最终自愈合网 络功能。当传感器受风、雨、雪、温度、噪声、光 照、地磁、地形等环境干扰时，它能够通过单节点 多种类传感器的数据融合降低虚警率，并通过多节 点协同信息处理克服单节点感知能力的限制，提高 目标识别率，改善目标定位和跟踪精度，形成准确 的态势感知，缓解四大受限。
Key words: unattended ground sensor; battlefield surveillance and reconnaissance; joint tactical radio system; situation
awareness
1Baidu Nhomakorabea
概述
地面战场传感侦察系统被美军称为无人值守