无线传感器网络技术在军事中的应用

引言

无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)综合了网络技术、传感器技术、分布式信息处 理技术和通信技术，能够对分布区域内的信息进行 实时监测和采集，并传送到后端进行分析和处理。 近年来，随着无线通信技术和电子器件技术的快速 发展，使低成本、低功耗、多功能的无线传感器的开 发和广泛运用成为可能。

目前我国对无线传感器网络技术的研究已初具 规模，但对于其在军事领域的应用研究尚处于起步 阶段。信息化战争要求作战系统“看得明、反应快、 打得准”。利用无线传感器网络技术有利于提升我 军的战场态势的感知能力，获取对信息的制动权，从 而掌握战争的主动权，是现代信息战争取胜的法宝。

1无线传感器网络的体系结构与技术优势

1. 1 无线传感器网络的体系结构

无线传感器网络定义为^（1）：无线传感器网络是 由一组传感器节点以自组织的方式构成的无线网 络,其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地 理区域中感知对象的信息，并发布给观察者。

典型的无线传感器网络系统主要由传感器节点 (Sensor Node)、接收发送器(Sink),互联网或通信 卫星(Internet and Satellite)、任务管理节点(Task Manager Node)等组成^（2）。图1所示是其结构图。

在无线传感器网络中，大量的传感器节点被部署在感知区域的内部或附近。这些节点通过无线通信方式形成一个多跳的自组织网络系统，其目的是协作地感知、釆集和处理网络覆盖区域内的信息，并通过多跳中继方式将收集到的数据传送到接收发送器。传感器节点和接收发送器构成了底层数据采集和传输的网络系统，通过大量具有一定计算能力、存储能力和通信能力的节点相互协作，构成一个具有高度抗毁性的网络系统，采集数据的精度和广度完 全可以满足用户决策需求。接收发送器通过通信卫星或直接与Internet相连，将监测数据传输到任务管理节点。任务管理节点通过对整个系统的配置和管理，实现对系统中各节点监测任务的发布和监测数据的收集与处理。

1. 2 无线传感器网络的技术优势

无线传感器网络具有诸多其他信息探测系统，和网络系统相比，其独特技术优势表现如下^（3）：

(1) 战场适应能力强

由于无线传感器网络是一个节点对等的网络， 每个节点都具有路由功能，网络中不存在严格的中 心控制节点。无线传感器网络各个节点的工作不依 赖于任何预设的网络基础设施，开机后节点就可以 快速自动地组成一个独立的网络，具有很强的适应能力。

(2) 战场生存能力强

当某些传感器节点由于环境干扰或人为破坏而 无法正常工作时，无线传感器网络可以在无需外界 帮助的情况下有效地容纳或剔除变化的节点，通过协调互补动态连接成新的网络系统，继续原来的工作，确保不会由于部分节点的损坏而对全局任务产 生不良的影响。这种自适应的可扩展性大大提高了无线传感器网络的战场生存能力。

(3) 准确性高

无线传感器网络系统可以在监测区域大量布设低成本的传感器节点与监测目标近距离的接触，对监测对象形成分布式、多角度、全方位的监测能力。 这种多节点联合和多方位信息的综合能够有效地提高信噪比，从而大大减少了环境噪声对系统性能的影响，提高了监测的准确性。此外，先线传感器网络具有较高的节点冗余、网络链路冗余以及采集数据冗余，使得整个系统具备很强的容错能力。无线传感器网络还可以根据战场情况的变化，利用自适应路由算法和个别节点的移动性，对网络拓扑结构进行适时调整，有效地消除监测区域内的阴影和盲点， 从而进一步降低环境噪声和提高探测的准确性。

2无线传感器网络技术在军事中的应用

2. 1 战场目标定位

无线传感器网络具有良好的扩展性、实时性和隐蔽性，适合对战场中运动的目标进行实时定位，以便及时地为指挥控制中心提供战场目标的实时位置信息。2003年美国国防高级研究计划局主导的 Network Embed and System Technology 项目成功验证了无线传感器网络技术的准确定位能力。该项目利用音频传感器网络可以对敌军所有参战人员的三维位姿进行精确的定位,定位精度可达L 5 m,定 位延迟达2 s。2003年8月，美国陆军在俄亥俄州开展了“沙地直线(A Line in the Sand)系统”项目的研究，此系统主要研究无线传感器网络在目标识别、 目标分类和目标跟踪方面的实现。

2. 2 战场环境侦察与监测

在关键区域和可能路线通过飞机或其他手段可以布置大量的无线传感器节点，各个节点之间建立同步时钟，形成多条的自组网网络。无线传感器网 络首先可以对战场中的地形、地貌、路况、气象、水 文、敌我双方的兵力部署、武器配备和人员调动等进 行远程、精确、全天候和隐蔽的侦查与监测，透明地 洞察战场环境，然后对获得的原始数据进行传输、筛选、挖掘和融合，向战场指挥员提供一个动态、实时 更新的战场信息数据库，最终融合来自战场的其他信息,形成己方完毕的战场态势图，为更准确地制定 战斗行动方案提供情报依据和服务，提升指挥员对 战场态势的感知水平。美国海军开展的“协同作 战官旨力"(Cooperative Engagement Capability, CEC)计划可以使指挥中心感知整个作战空间的全 貌。美国陆军开展的“无人值守地面传感器"和'‘战 场环境侦查与监视系统”项目的研究也已经取得实质性的进展。美军的“智能微尘(Smart Dust)”可以 形成严密的监视网络，对敌国的军事力量和人员、物资的流动做到了如指掌。

2.3 战场效果评估

战场效果评估是对火力打击后目标毁伤情况的科学评价，是后续作战行动决策的重要依据。战场效果评价能力不佳会导致很高的重复打击率，造成物力和人力资源的浪费，削弱作战的有效性，因此应 该开展实时战场效果评估方面的研究。但是，战场 效果评估是一项极具风险而又要求很高的工作。通 常釆用的是依托于侦察卫星、无人机等的手段，但是 这些手段均受到敌方打击威胁、不良天气、飞行距离 近、过顶时间短等因素的制约，无法对全天候的对毁 伤效果做出正确评估。可以通过飞机、导弹或精确 制导炸弹将造价低廉、生存能力强的传感器节点散 布于攻击目标附近并自组网，收集复杂电磁环境中 的战场上的相关信息进行分析，使指挥员实时地进 行有效的战场目标毁伤效果评估，以便指挥员能够掌握火力打击任务的完成情况，适时调整火力打击计划和火力打击重点，并且也可以最大限度地优化打击火力配置，集中优势火力对关键目标进行打击, 从而大大提高作战资源利用率。海湾战争后，美军加大了利用无线传感器网络进行战场效果评估系统的研究力度。