传感技术在军事应用

(2) 在舰艇、飞机及车辆等平台上的应用 在舰艇、 用于夜间短、 长距离战场红外识别系统、机载、 用于夜间短、中、长距离战场红外识别系统、机载、车载和舰 载前视红外( 系统、机载红外大面积战场实况侦察、 载前视红外 FLIR) 系统、机载红外大面积战场实况侦察、红外搜索 与跟踪系统以及战术武器的精确制导等。 与跟踪系统以及战术武器的精确制导等。其突出优点是以被动方式工 有利于抗干扰和隐蔽。 作,有利于抗干扰和隐蔽。如美国休斯飞机公司为汉森 有利于抗干扰和隐蔽 如美国休斯飞机公司为汉森(Hanscen) 空 军基地研制的用于非视线性战术制导导弹。 军基地研制的用于非视线性战术制导导弹。F - 22 装备了新型的机载 红外搜索与跟踪系统,实现了全被动式搜索与跟踪 不必用雷达,提高了 实现了全被动式搜索与跟踪,不必用雷达 红外搜索与跟踪系统 实现了全被动式搜索与跟踪 不必用雷达 提高了 F - 22 隐身能力。 隐身能力。
4 军用传感器的发展趋势
（1）微型传感器 ） 微型传感器是指芯片的特征尺寸为微米级， 微型传感器是指芯片的特征尺寸为微米级，采用微电子机械加工制作的 各类传感器的总称，是近代先进的微电子机械系统(MEMS) 中的重要组成部 各类传感器的总称，是近代先进的微电子机械系统 分。 工业发达国家的微型传感器发展迅速，且生产工艺成熟,现在已形成产 工业发达国家的微型传感器发展迅速，且生产工艺成熟 现在已形成产 品和正在研究中的微型传感器有压力、 力矩、加速度、速度、位置、 品和正在研究中的微型传感器有压力、力、力矩、加速度、速度、位置、流 电量、磁场、温度、气体、湿度、 离子浓度、 量、电量、磁场、温度、气体、湿度、pH 值、离子浓度、微型陀螺以及无 线网络传感器等，产品质量达到很高水平。 线网络传感器等，产品质量达到很高水平。 公司采用表面微机械加工技术在直径为100 mm 的SOI 基片上制作了 如Tronic 公司采用表面微机械加工技术在直径为 5500 多个电容式压力敏感元件，其压力测量范围为 ～145 kPa ，灵敏度 多个电容式压力敏感元件，其压力测量范围为65～ 为1 p F/ 100 kPa ，准确度< 1 %F·S ，产品尺寸为0. 5 mm ×2 cm 。 准确度 产品尺寸为 美国研制出一种用3 陀螺和3 美国研制出一种用 个MEMS 陀螺和 个MEMS 加速度计组成的微型 捷联式惯性导航系统样机，尺寸仅为2 质量5 捷联式惯性导航系统样机，尺寸仅为 cm ×2 cm ×0. 5 cm ，质量 g ，功 率小于1 ，它的体积、质量、耗电功率、价格和小型惯性导航系统之比为： 率小于 W，它的体积、质量、耗电功率、价格和小型惯性导航系统之比为： 体积比为0. 耗电功率比为4. 价格比为2 ， 体积比为 012 %，质量比为 12 %耗电功率比为 2 %价格比为 %，美 ，质量比为0. 耗电功率比为 价格比为 国研制成功的MEMS 加速度计能承受火炮发射时产生的近 加速度计能承受火炮发射时产生的近105 g n 的冲击力， 的冲击力， 国研制成功的 可以为制导导弹提供一种经济的制导系统。 可以为制导导弹提供一种经济的制导系统。
1 军用传感器类别
• 按军用传感器在装备中的作用和特点分为两类： 按军用传感器在装备中的作用和特点分为两类： • 用于探测军用装备外界信息的传感器称为外部传感器，如 用于探测军用装备外界信息的传感器称为外部传感器， 外部传感器 用于目标探测、精确打击、姿态控制的光电传感器、红外 用于目标探测、精确打击、姿态控制的光电传感器、 传感器、光纤陀螺等； 传感器、光纤陀螺等； • 而所有检测与控制内部各子系统、各部件、参数的传感器 而所有检测与控制内部各子系统、各部件、 均为内部传感器 如用于各类发动机系统、 内部传感器， 均为内部传感器，如用于各类发动机系统、火控系统和监 控系统的力学量传感器、温度传感器、光电传感器等。 控系统的力学量传感器、温度传感器、光电传感器等。 • 在实战中，各类武器装备一方面靠外部传感器快速发现与 在实战中， 精确测定并打击敌方目标； 精确测定并打击敌方目标；另一方面靠各种内部传感器保 证武器装备本身处于最佳状态，发挥最大效能。因此， 证武器装备本身处于最佳状态，发挥最大效能。因此，两 类传感器同等重要。 类传感器同等重要。
3.2 红外探测器的应用
(1) 对战略弹道导弹的预警 为了适应未来战争的需要，美军于1994 年提出建立探测与跟踪 为了适应未来战争的需要，美军于 导弹发射的新一代卫星监视系统，以取代目前的DSP 计划。该计划 计划。 导弹发射的新一代卫星监视系统，以取代目前的 称为SBIRS计划 天基红外系统 ，由高轨与低轨卫星系统组成。高轨 计划(天基红外系统 称为 计划 天基红外系统) 由高轨与低轨卫星系统组成。 颗静止轨道卫星、 颗大椭圆轨道卫星组成， 由4 颗静止轨道卫星、2 颗大椭圆轨道卫星组成，主要用于探测与跟 踪处于助推段的弹道导弹：低轨系统计划用24 颗卫星组成， 踪处于助推段的弹道导弹：低轨系统计划用 颗卫星组成，用于捕 获与跟踪中段飞行的导弹， 计划预算230 亿美元。整个系统 亿美元。 获与跟踪中段飞行的导弹，SBIRS 计划预算 计划2020 年部署完毕。SBIRS 将具备同时跟踪战略与战术弹道导弹 年部署完毕。 计划 的能力，采用全新设计的红外传感器， 的能力，采用全新设计的红外传感器，高轨卫星采用扫描与凝视传感 低轨卫星采用捕获与跟踪传感器， 器，低轨卫星采用捕获与跟踪传感器，使卫星能对小型战术弹道导弹 快速发现与跟踪较弱信号，并采用复合星座设计， 快速发现与跟踪较弱信号，并采用复合星座设计，提高对各种导弹的 发现能力，扩大跟踪范围，尤其是中段跟踪，实现全过程监视与预警。 发现能力，扩大跟踪范围，尤其是中段跟踪，实现全过程监视与预警。
• 传感器在军事上的应用举例 • 美国的军用传感器处于世界领先水平，且 美国的军用传感器处于世界领先水平， 已在天、 已在天、空、海、陆平台的实战中得到应 见表1 用，见表 。
3.1 微型传感器的应用
（1）在微型侦察卫星上的应用： ）在微型侦察卫星上的应用： 2002 年2 月，美国成功地将世界上第一颗皮型卫星(小于 kg) 发射 美国成功地将世界上第一颗皮型卫星 小于1 小于 到离地面750 km 的轨道上，其外形尺寸为 in ×3 in ×4 in ，注：1in = 0. 的轨道上，其外形尺寸为(1 到离地面 025 4m) ，质量仅为 质量仅为245 g。另美国研制成功一个微尘卫星 小于 小于500 g) ，装 。另美国研制成功一个微尘卫星(小于 有7 个不同轴向的传感器，包括2 个磁传感器，2 个加速度传感器以及光、 个不同轴向的传感器，包括 个磁传感器， 个加速度传感器以及光、 湿度、压力传感器。 湿度、压力传感器。 (2)在导航系统上的应用： 在导航系统上的应用： 在导航系统上的应用 惯性传感器， 美国研制成功的一种加速度达105 g 的MEMS 惯性传感器，已用于智 美国研制成功的一种加速度达 能弹头和钻地弹头中，其抗震能力足以使弹头钻入地下后， 能弹头和钻地弹头中，其抗震能力足以使弹头钻入地下后，仍能对其进行制 控制并引爆。 导、控制并引爆。 (3) 用于陆军单兵作战的多功能电子设备： 用于陆军单兵作战的多功能电子设备： 该装置安装在士兵身上的各个部位，包括各类MEMS 传感器及其测控 该装置安装在士兵身上的各个部位，包括各类 系统，主要有智能头盔(包括夜视仪 红外/激光瞄准器等 包括夜视仪、 激光瞄准器等) 系统，主要有智能头盔 包括夜视仪、红外 激光瞄准器等 ，能有效地提高士 兵作战能力， 年起已逐步装备于陆军单兵作战。 兵作战能力，从2003 年起已逐步装备于陆军单兵作战。 (4) 在分布式机器人中的应用： 在分布式机器人中的应用： 美国军方列入研究计划的装有多种微型传感器的各类军用机器人有100 美国军方列入研究计划的装有多种微型传感器的各类军用机器人有 多种，其中已投入实际使用的有机器人坦克、自主式地面车辆、扫雷机器人、 多种，其中已投入实际使用的有机器人坦克、自主式地面车辆、扫雷机器人、 武器装备自动故障与排除系统等。 武器装备自动故障与排除系统等。
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2 军用传感器的特征
• 传感器是一项军民两用的高技术，军用传感器是传感器产 传感器是一项军民两用的高技术， 业中的一个重要分支。与民用传感器相比， 业中的一个重要分支。与民用传感器相比，军用传感器具 有品种结构特殊，使用环境恶劣、技术指标高、 有品种结构特殊，使用环境恶劣、技术指标高、质量水平 产品的一致性、稳定性和可靠性) 等特殊要求， 高(产品的一致性、稳定性和可靠性) 等特殊要求，研制 生产难度大。 生产难度大。 • 近十年来，在微电子技术、微机械加工技术、纳米技术以 近十年来，在微电子技术、微机械加工技术、 及新型材料科学等高技术的推动下， 及新型材料科学等高技术的推动下，传感器技术已从单一 的物性型传感器进入功能更为强大、 的物性型传感器进入功能更为强大、技术高度集成的新型 传感器阶段。因此， 传感器阶段。因此，当代军用传感器已进入新型军用传感 器阶段，其典型特征是微型化 多功能化、数字化、 微型化、 器阶段，其典型特征是微型化、多功能化、数字化、智能 化、系统化和网络化，它必将对军用电子装备的发展起到 系统化和网络化， 先导和促进作用。 先导和促进作用。
传感器在军事上的应用
在现代电子信息系统中，信息采集- 传感器技术， 在现代电子信息系统中，信息采集- 传感器技术， 信息传递- 通讯技术，信息处理- 微处理器( 信息传递- 通讯技术，信息处理- 微处理器(即计算 技术是现代电子信息技术的三大核心技术， 机)技术是现代电子信息技术的三大核心技术，也是 现代武器装备发展必不可少的重要组成部分。 现代武器装备发展必不可少的重要组成部分。 在军事上传感器是武器装备发展的重要环节。 在军事上传感器是武器装备发展的重要环节。 专家认为，“一个国家军用传感器制造技术水平的 专家认为， 高低，决定了该国武器制造水平的高低， 高低，决定了该国武器制造水平的高低，决定了该 国武器自动化程度的高低， 国武器自动化程度的高低，最终决定了该国武器性 能的优劣” 美国国防部专家说过， 能的优劣”。美国国防部专家说过，“当今世界谁 掌握了传感器，谁就掌握了高科技， 掌握了传感器，谁就掌握了高科技，谁掌握了高科 谁就控制了世界” 近十几年来， 技，谁就控制了世界”。近十几年来，发生的历次 局部战争中使用的高技术武器上都装有多种传感器， 局部战争中使用的高技术武器上都装有多种传感器， 在对目标探测、精确制导、电子对抗、通讯指挥、 在对目标探测、精确制导、电子对抗、通讯指挥、 故障诊断和自我防护中发挥了重要作用。 故障诊断和自我防护中发挥了重要作用。极其广泛 的应用前景。
3.3 光纤传感器的应用
（1）光纤传感器在军事信息技术中的应用主要集中在如下几个方面： ）光纤传感器在军事信息技术中的应用主要集中在如下几个方面： 基于光纤陀螺的对飞行器、水下兵器、 ① 基于光纤陀螺的对飞行器、水下兵器、陆用战车的惯性制导和对运动载体的 姿态控制； 姿态控制； 基于微振动传感器和光纤信息传输网， ② 基于微振动传感器和光纤信息传输网，用于海洋防卫和反潜作战的的光纤水 听器传感器阵列网和用于核外炸核查以及反核查光纤地震波监测网； 听器传感器阵列网和用于核外炸核查以及反核查光纤地震波监测网； 基于温度、压力、振动传感器的智能结构， ③ 基于温度、压力、振动传感器的智能结构，广泛用于水下兵器及航空航天等 领域 (2) 光纤陀螺成为惯性导航及控制领域的重点应用领域，它的应用可覆盖传统机 光纤陀螺成为惯性导航及控制领域的重点应用领域， 电陀螺的所有领域以及机电陀螺在惯性制导及姿态控制领域中可望而不可及 的领域，导致了强冲击下火炮捷联控制、炮射制导武器系统的发展。 的领域，导致了强冲击下火炮捷联控制、炮射制导武器系统的发展。 (3) 近十几年以来 已有多种高性能光纤水听器系统问世。如美海军研究实验室 近十几年以来,已有多种高性能光纤水听器系统问世 已有多种高性能光纤水听器系统问世。 (NRL) 与Litton 制导与控制公司共同研制的光纤水听器已装备在688 级攻击 制导与控制公司共同研制的光纤水听器已装备在 潜艇上并做了公开演示。 潜艇上并做了公开演示。 (4) 光纤传感器易于进行多点及分布式传感，实现智能结构。光纤传感器在军事 光纤传感器易于进行多点及分布式传感 实现智能结构。 多点及分布式传感， 上的其它应用包括地震波检测、核辐射检测、化学侦查、监测等。 上的其它应用包括地震波检测、核辐射检测、化学侦查、监测等。
3 传感器在军事上的应用
• 重点应用领域 当今，传感器在军事上的应用极为广泛，可以说无时不 当今，传感器在军事上的应用极为广泛，可以说无时不 无处不用，大到星体、两弹、飞机、舰船、坦克、 用、无处不用，大到星体、两弹、飞机、舰船、坦克、火 炮等装备系统，小到单兵作战武器； 炮等装备系统，小到单兵作战武器；从参战的武器系统到 后勤保障；从军事科学试验到军事装备工程； 后勤保障；从军事科学试验到军事装备工程；从战场作战 到战略、战术指挥， I”系统 从战争准备、 系统； 到战略、战术指挥，如：“C3I”系统；从战争准备、战 略决策到战争实施，遍及整个作战系统及战争的全过程， 略决策到战争实施，遍及整个作战系统及战争的全过程， 而且必将在未来的高技术战争中促使作战的时域、 而且必将在未来的高技术战争中促使作战的时域、空域和 频域更加扩大，更加影响和改变作战的方式和效率， 频域更加扩大，更加影响和改变作战的方式和效率，大幅 度提高武器的威力和作战指挥及战场管理能力。 度提高武器的威力和作战指挥及战场管理能力。 列出了新型传感器在武器装备中的应用。 图1 列出了新型传感器在武器装备中的应用。