《第7章 嵌入式Linux.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第7章 嵌入式Linux.ppt（54页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第七章 传感器网络技术的军事应用,本章内容,7.1 战场感知的网络架构 7.2 常见的地面战场微型传感器 7.2.1 微震动传感器 7.2.2 声响传感器 7.2.3 磁性传感器 7.2.4 红外传感器 7.2.5 压力传感器 7.2.6 超声波传感器,7.3 美军沙地直线传感器网络项目介绍 7.3.1 项目背景 7.3.2 目标探测的传感器选项 1.3.3 项目系统实验,本章内容,7.1 战场感知的网络架构,战场感知(Battlefield Awareness, BA)是指 参战部队和支援保障部队对战场空间内敌、 我、友各方信息的实时 掌握过程。,7.1 战场感知的网络架构,战场感知的特点,
2、信息共享和信息资源的管理与控制,侦察,监视,情报,目标指示,毁伤评估,7.1 战场感知的网络架构,美军科学咨询委员会在2002年就曾建议美军应在组织和技术上进行改进，以获得更好的“预先战场感知”能力。,7.1 战场感知的网络架构,美空军先后研制了快速攻击识别、探测和报告系统、战场感知广域视界传感器等感知系统。,7.1 战场感知的网络架构,美军开展的其它类似项目还包括陆军“无人值守地面传感器群”、海军“传感器组网系统”等。,7.1 战场感知的网络架构,7.2 常见的地面战场微型传感器,随着电子技术和信息技术的发展，可以通过地面和空中的各种侦察设备获取大量的情报。,7.2 常见的地面战场微型传感器
3、,提高目标信息感知的科学程度,提高目标信息感知,确定重点侦察地域,目标信息感知系统需要充分考虑系统的扩展，在实现现有侦察器材数据接收接口的基础上， 预留对多种侦察设备进行数 据接收的接口。,7.2 常见的地面战场微型传感器,地面侦察设备通常包括战场监视雷达、地面传感器和电子侦察设备等。,7.2 常见的地面战场微型传感器,地面传感器，就是一种专门植于地面，通过对地面目标运动所引起的电磁、声、微震动和红外辐射等物理量的变化进行探测，并转化成电信号后对目标进行侦察与识别的探测设备。,7.2 常见的地面战场微型传感器,特点 结构简单 便于携带埋伏 易于伪装,地面传感器,手段 飞机空投 火炮发射 人工设
4、置在敌人可能入侵的地段,7.2 常见的地面战场微型传感器,地面微型探测传感器系列产品：,震动传感器,磁性传感器,声响传感器,红外传感器,压力传感器,超声波传感器,7.2 常见的地面战场微型传感器,地面侦察传感器,变为体积微型化、低功耗、高灵敏度的探测器件；,传感器之间采用通信与组网方式进行连接，更适宜地面战场的信息采集和传输。,地面侦察传感器呈现两个重要的趋势和特点：,7.2 常见的地面战场微型传感器,目前外国军事部门常用的地面探测传感器包括如下几种：,7.2 常见的地面战场微型传感器,微震动传感器也叫震动探测器，它类似于记录地震和原子弹爆炸震波的地震仪。 这种传感器主要是通过装置的震动探头
5、(也叫拾震器)捕捉人员或车辆活动造成 的地面震动信号来探测目标。,7.2.1 微震动传感器,人工放置,火炮发送,飞机空投,微震动传感器的布置方式,7.2.1 微震动传感器,4,2,1,将拾震器设在地表层,实现实时的战场监测,检测到震动信号,将震动信号转化为电信号,经放大处理后发给监控中心,7.2.1 微震动传感器,工作流程：,灵敏度高,一定的目标分类能力,探测距离远,震动传感器可探测到30米以内运动的人员和300米以内行进的车辆，是所有传感器中探测距离较远的一种。 震动传感器还具有一定的目标 分类能力，不仅可区分人为震 动与自然扰动，还能 区分人员和车辆。,7.2.1 微震动传感器,声响传感器
6、是一种通过对目标发出的声响信号进行接收、处理后，实现对目标侦察探测的侦察装置。 声响传感器的探测器就是常见的“话筒”。,7.2.2 声响传感器,优点 分辨力强 探测范围大,不足 耗电量大,声响传感器,7.2.2 声响传感器,磁性传感器的探测器为磁性探头。 工作时能在其周围形成一个静磁场，当铁磁金属制成的物体进入磁场时，就会干扰了原来的静磁场，实现对携带武器的人和车辆的探测。,7.2.3 磁性传感器,优点 鉴别能力强 反应速度快 适应范围广,不足 能源有限 探测距离近,磁性传感器,7.2.3 磁性传感器,红外传感器是一种能够感应目标辐射的红外线，并将其转换成电信号后对目标进行识别探测的侦察设备。
7、 这种传感器通常分为有源式和无源式两种。 通常隐蔽地布设在需要监视的 道路和目标区附近。,7.2.4 红外传感器,优点 体积小隐蔽性好 响应速度迅速 可探测目标数量,不足 只能人工布设 探测范围不足 无法辨别目标性质,红外传感器,7.2.4 红外传感器,压力传感器的探头通常是一根极细的应变电缆。 使用时埋设在目标可能通过的路面下，当运动目标压过浅埋的应变电缆时，引起电阻发生变化，产生的电信号起到报警作用。,7.2.5 压力传感器,优点 虚警率低 目标信息判断准确 抗电磁干扰能力强 响应速度快,不足 只能人工布设 探测范围不足,红外传感器,7.2.5 压力传感器,超声波距离传感器一般采用独立的发
8、射器和接收器，发射器由高频信号(40-80kHz)来激励。 传感器测量发射一个超声 波脉冲至接收到反射信号 所用的时间间隔，可以简 单地估计出被测物体的距 离。,7.2.6 超声波传感器,优点 成本低 尺寸小,不足 探测敏感性不高 使用条件要求较高,红外传感器,7.2.6 超声波传感器,目前正在发展中的常见地面传感器还包括： (1) 智能传感器，指探测节点带有微处理机而有探测与信息处理能力； (2) CMOS图像传感器，利用光电转换功能，将其光面上的所成像转换为对应的电信号图像，用以观察战场上敌方活动情况； (3) 微量气体传感器，通过敌方车辆排出气体的气味和含量浓度判断车辆种类和数量等。,7
9、.2 常见的地面战场微型传感器,7.2 美军沙地直线传感器网络项目介绍,美国陆军于2003年在俄亥俄州开发了“沙地直线”（A Line in the Sand）系统，用于 战场探测的无线传感器网络 系统项目。 可以侦察和定位敌军 坦克和其他车辆。,7.3 美军沙地直线传感器网络项目介绍,美军研制沙地直线项目的目的是希望识别出入侵的物体或目标。 该项目的主要功能包括目标探测、分类和跟踪。 沙地直线项目研制的无线传感器网络节点，被命名为“超大规模微尘节点”(eXtreme Scale Mote, 简称XSM)。 新技术含量高，能可靠地、大范围地实施长久监视。,(a)正面,(b)反面,7.3.1 项
10、目背景,下表总结了沙地直线项目要求的传感器探测工作特性和战术技术指标。C、P、S和V是简记写法。,7.3.1 项目背景,下表(表2)所示为目标分类要求的详细技术指标，其中垂直栏表示实际种类，水平栏表示要求的分类指标。,7.3.1 项目背景,传感器引起六种基本能量域方面的变化。,7.3.2 目标探测的传感器类型,光,机械,热,电,磁,化学,传感器,1,2,3,确立目标现象，即潜在目标可能导致的环境扰动特征,确定出能探测这些扰动的一组传感器,从那些探测信号中提取出有意义的信息。,7.3.2 目标探测的传感器类型,脚步声还能引起声音脉冲信号，可以运用声响传感器收集这种脚步声信号。,人体的热量以红外能
11、量方式向四周发散，因而能采用红外传感器进行感测,人的脚步可以引起地面自然频率回响的脉冲信号，可以采用微震动传感器收集震动信号。,(1) 徒手人员 徒手人员类型可以从热量、地震动、声音、电场、化学、视觉等方面扰动周围环境。,7.3.2 目标探测的传感器类型,士兵应该持有枪支和其他金属的装备，这些磁信号是大多数徒手人员所不具有的。,铁磁质材料对周围地磁环境产生扰动，因此这里采用磁阻传感器探测此类目标。,(2) 武装人员 持械士兵或武装人员可以具有一些徒手人员所不具备的信号特征。,7.3.2 目标探测的传感器类型,车辆目标可以从热量、地震动、声音、电场、磁场、化学、视觉等方面扰动周围环境.。,车辆会
12、产生热信号特征，机车车头部分和尾气排气位置都会比周围温度高。,(3) 车辆,7.3.2 目标探测的传感器类型,灵敏性好、尺寸小、铅制终端、性价比高。,这种麦克风是高为2.5mm、地面直径为6mm的圆柱形状。,响应频率在20Hz和16kHz之间,它是声音子系统的核心部件。,JL1型电子F6027AP麦克风声音传感器，它是声音子系统的核心部件。,不同传感器的检测技术：,(1)声音传感器,7.3.2 目标探测的传感器类型,低功耗、小尺寸、高灵敏性、低成本,根据警戒区背景和入侵者辐射的远红外能量差进行探测。,包含两个热电感应元件和一个JFET放大器,被动红外子系统的核心部件。,Kube Electro
13、nics的 C172型传感器,(2) 被动红外传感器,7.3.2 目标探测的传感器类型,(3) 磁传感器 采用Honeywell HMC1052型磁阻传感器，作为磁感应子系统的 核心部件，并建立基于磁偶极子信号的探测模型，用于检测判断士兵和车辆目标，提供分析结果。 (4) 多普勒雷达传感器 采用TWR-ISM-002脉冲多普勒传感器作为雷达平台。该传感器能探测半径为60英尺的活动范围，使用电位计可以把探测范围调整为较短的距离。根据当时使用的环境情况，还可以调整灵敏度，以适应嘈杂的环境。,7.3.2 目标探测的传感器类型,1、网络节点的封装问题 多种不利的环境：如风、雨、雪、洪水、炎热、寒冷和复
14、杂地形等； 封装能够保护这些元件中的精密电子元器件 直接影响传感器的探测和无线通信功能,7.3.3 项目系统测验,左图所示为沙地直线项目研制的传感器节点XSM的封装剖视图。,7.3.3 项目系统测验,常用的封装设备,密封罩,曲棍球冲压罩,锥形罩,检测罩,7.3.3 项目系统测验, 密封罩 密封形的封装罩表面光滑，具有自动调整自身位置的能力，能使光线照到里面的太阳能电池板上。,7.3.3 项目系统测验, 曲棍球冲压罩 它由顶盖、罩身和底基组成。底基顶端的圆孔用作音响器与周围环境的声音波导、无线通信的导向孔。,7.3.3 项目系统测验, 锥形罩 锥形罩的结构具有自动调整姿态和位置的功能，保证天线指向朝上。,7.3.3 项目系统测验,2、试验部署与实施 通过可视化的软件界面系统，可以观察传感器节点的状况和目标的活动情况并能显示目标的运动踪迹。,7.3.3 项目系统测验,54,the end 谢 谢！,
