传感器在国防军事装备上的应用
2022-09-22
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国庆70周年,将会有很多新武器装备亮相,包括坦克、导弹 、战术飞机,战略轰炸机等均会有最新装备亮相。而高技术武器无一例外,其核心技术就是传感器技术和计算机技术。而在军事实战中,故障诊断、全天候作战,也统统离不开传感器。

在战场上,借助外部传感器,可快速发现与精确测定敌方目标,并通过计算机,控制火炮,快速精确地打击敌方目标。另一方面,借助内部传感器,可测定火控系统、发动机系统等各部位各类参数,通过计算机控制,用以保证武器本身处于最佳状态,发挥最大效能。在实战中,故障诊断、全天候作战,统统离不开传感器。

那么传感器技术具体应用在军事装备的哪些方面呢?

1、在航空航天方面的应用

传感器在航空方面有四种用途,主要包括:提供航器工作信息,起诊断作用;判断各分系统间工作的协调性,验证设计方案;提供全系统自检所需信息,给指挥员下决心提供依据;提供各分系统、整机内部检测参数,验证设计的正确性。

美国航天飞机上使用的传感器约有100多种4000多个。俄罗斯大型运载火箭、载人飞船迅速发展,所需的传感器也相应迅速增长。发展高质量、高水平的传感器,其品种多样,如压力、压差、绝压、温度、热流、耗量、燃气浓度、介质成分、密度、湿度、应变、摩擦、电场、磁场、生物电势等传感器。

目前,每架军用飞机需20多种力学传感器,对操纵杆拉力、起落着陆冲击力、发动机的推动力、救生装置弹射力、进气管压力场压力、振动、加速度、角加速度、位移等参量的测量,还要对过载和燃密度及飞行员呼吸的流量等参数的测量,检测机舱内含氧量、舱内烟报警、机载火控系统的设计、隐型用传感器等。

战斗机

2、在主战坦克中的应用

坦克的电子化是衡量坦克先进性的一个重要标志,其传感器的主要应用包括:

A.发动机系统中使用的有绝压、速度、流量、温度、氧分压等传感器,用来检测、控制发动机,从而使坦克达到加速快,控制自如,以最少能耗保证最大的动力。

B.火力控制系统中使用的有倾斜、药温及环境温度、压力、风向、风速传感器等,以保证火控系统的自动瞄准目标,并根据火炮及外界环境条件及时修正。

C.故障诊断系统主要需要温度、压力、压差、转速、扭矩等传感器,对战车整体进行故障诊断。

D.红外传感器则是主战坦克中热成像仪的关键部件,可保证全天候下的作战能力。

主战坦克

3、在舰船上的应用

在现代舰艇装备中,用到的传感器包括压力、位置、速度、温度、扭矩、流量、偏航速率等类型。每万吨级使用温度传感器150多个,压力传感器150多个。吨位越大,用量越多。 比如,在猎雷和灭雷武器技术装备中使用声、磁、光电传感器。另外,为了解自然环境对系统性能的影响,需配备检测自然环境的各种传感器。另外,由压电材料制成的声纳在舰艇上也是不可缺少。以声纳为重点的舰艇传感器,是保障武器实施有效攻击的先决条件之一。

4、地面战场警戒系统的应用

该系统能够及时准确检测、定位、分类识别和实时报告所有入侵人员和武器装备、车辆的活动情况。如美国的 REMBASS系统由三个分系统组成:传感器分系统、传输分系统(转发器)和监测分系统(监测仪)。该系统采用了地震声、红外、磁、压力、应变等传感器采集信息。

5、军用机器人中的应用

机器人是一种机械与电子系统和传感器相结合制成的具有人的某些智能的自动化机器。军用机器人顾名思义即是指用于执行军事任务的机器人。军用机器人,尽管其于20世纪80年代才逐渐投入应用,但是其技术发展最为迅速,种类也最为多样化,且扮演着越来越重要的战场角色。

在未来的战场上,机器人将会代替士兵去做很多比较困难的工作。它可以在沙漠和丛林中行走,可以穿越战线到敌后进行侦察、布雷及运送物资的工作。机器人能在人难以忍受的环境中,或在危险的情况下去执行任务。 战场侦察,这是军用机器人所执行的任务中比例最高的,约占了70%。战场机器人配备先进的雷达、光学/红外、无线电等传感器系统,深入到士兵无法到达的战场环境,能够快速获得准确的战场情报。

作战机器人

6、在军事化学器材方面的应用

一些国家为了应付可能使用化学武器,准备了大量的毒面具、防护服、防护帐帐篷。同时也准备了大量的化学侦察器材。如美国已有了微型毒剂报警器、微型芥子气报警器、XM21型遥感式毒剂报警器等。 有军事专家认为,一个国家军用传感器制造技术水平的高低,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,最终决定了该国武器性能的优劣。

7、军用地面平台的应用

在海湾战争后,大量的无人平台被广泛应用于现代化战场中,担负着越来越重要的角色。军用地面平台具有较好的隐蔽性、快速机动能力以及较强的战场适应能力,与传统武器可形成战场的不均衡态势,将引发军队组织结构、体制及战术的变化。

地面无人平台集众多本领于一身,在诸如感知技术、地图重建技术、导航技术、学习与自适应技术这些强大能力中,最为突出的就是对周围环境的感知和地图重建技术。有了这些法宝,地面无人平台就可以成为千里眼和顺风耳,为指挥决策提供强有力的技术保障。

无人平台传感器可以分为内部传感器和外部传感器两大类。内部传感器用来检测无人平台组成部件的内部状态,一般用于无人平台伺服与稳定控制,包括:位置、角度、角位移、加速度、姿态和航向等。外部传感器主要用于对外部环境的感知,包括:视觉、触觉、力觉、接近觉以及嗅觉、温度等。要使无人平台拥有智能,对环境变化做出反应,首先必须使无人平台具有很强的环境感知能力,用传感器获取外部环境信息是无人平台智能化的必要条件。

当今,传感器在军事上的应用极为广泛,可以说无时不用、无处不用,在未来高技术战争中,传感器技术将会愈发提升传统作战方式和效率,大幅度提高武器威力和作战指挥及战场管理能力。

而多传感器数据融合技术的运用,使军事装备具备多传感器数据融合感知能力,通过无数双眼睛和无数对耳朵将每一幅画面融合在一起,进而分割出场景中的主要元素,并清楚地将它们一一辨别出来变得成为可能。

军用传感器能感知预定的被测指标并按照一定规律转换成军事可用信号的器件,被测指标通常服务于军事目的。在微电子技术、微机械加工技术、纳米技术等高技术的推动下,军用传感器正呈现微型化、多功能化、智能化、系统化和网络化的特征,主要有以下几类:

1、成像技术。成像技术即直接通过视频设备,或红外、微波、超声等方式经技术处理后,将一定范围内的图像数据传输到后方的信息处理中心。

2、声传感器技术。将战场的声音信号经放大传输到信息处理中心,包括水下声纳系统。

3、震动传感器技术。以探测地面传输的震动为手段发现和识别目标,军事上主要以探测人员、车辆运动为主,通常感兴趣的探测范围是50m内的士兵,500m内行进的车辆。

4、磁性传感器技术。通过探测地球磁场扰动的变化判断铁质目标入侵活动。探测人员的距离约4m,探测车辆的距离约为25m,它与震动传感器一起使用时,能鉴别目标的性质。

5、微型传感器。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传感器,是微机电系统(MicroElectromechanicalSystem,MEMS)中的重要组成部分。包括压力、力矩、加速度、速度、位置、电量、磁场、温湿度、气体、pH值、离子浓度、微型陀螺等微型传感器。

6、遥感技术。卫星是人类向太空发射的人造地球卫星,卫星遥感能够为人类提供地球的一些信息,而达到远距离感知地球的目的,可以用于军事、气象、生物、测绘等用途。其余还有嗅、味、触觉传感器等生物传感器技术,不仅可以用于军事医学方面,在战场环境保护和避免放射性、核生化威胁等方面也具有广阔的应用前景。它能通过测定炸药、推进剂在空气中的降解情况来发现敌人库存的地雷、炮弹、炸弹、导弹等的数量和位置。

未来,多传感器融合将在军事领域得到更为广泛的应用

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