無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的軍事應(yīng)用

　　由低成本、低功耗的微型傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的以自組織模式工作的WSN系統(tǒng)也具有一定的局限性：

　　(1)能量的有限性

　　WSN中的傳感器節(jié)點(diǎn)體積微小，一般依賴能量有限的電池供電。其特殊的應(yīng)用領(lǐng)域和大規(guī)模的應(yīng)用數(shù)量，決定了使用過程中無法對其進(jìn)行能量更新，一旦電池耗盡該節(jié)點(diǎn)便隨即“死亡”。因此，在WSN設(shè)計(jì)過程中如何提高能量使用效率和節(jié)點(diǎn)生命周期，是需要考慮的首個(gè)重要因素。

　　(2)硬件資源的有限性

　　WSN系統(tǒng)對傳感器節(jié)點(diǎn)這種需要大規(guī)模部署的微型嵌入式系統(tǒng)的要求非常高，包括體積小、價(jià)格低、功耗小等。受這些要求的限制，傳感器節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力、程序空間和內(nèi)存空間非常有限，同時(shí)面向WSN的算法計(jì)算設(shè)計(jì)也要盡可能簡單，易于在傳感器節(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)。

　　(3)通信能力的有限性

　　由于無線通信所需能量與通信距離的n次方成正比，隨著通信距離的增加，WSN中傳感器節(jié)點(diǎn)的能耗將急劇增加。受能量因素的約束，節(jié)點(diǎn)必須在滿足通信暢通和生命周期正常的條件下考慮提高通信距離。同時(shí)，受外界地理?xiàng)l件、自然環(huán)境等的影響，無線通信性能可能經(jīng)常變化，會頻繁出現(xiàn)通信中斷等現(xiàn)象，這也使WSN系統(tǒng)的通信能力受到很大的限制。

　　2 傳感器網(wǎng)絡(luò)在軍事中的應(yīng)用

　　信息化戰(zhàn)爭中，戰(zhàn)場信息的及時(shí)獲取和反應(yīng)對于整個(gè)戰(zhàn)局的影響至關(guān)重要。由于WSN具有生存能力強(qiáng)、探測精度高、成本低等特點(diǎn)，非常適合應(yīng)用于惡劣的戰(zhàn)場環(huán)境中，執(zhí)行戰(zhàn)場偵查與監(jiān)控、目標(biāo)定位、戰(zhàn)爭效能*估、核生化監(jiān)測以及國土安全保護(hù)、邊境監(jiān)視等任務(wù)。

2．1 戰(zhàn)場偵查與監(jiān)控

　　戰(zhàn)場偵查與監(jiān)控的基本思想，是在戰(zhàn)場上布設(shè)大量的WSN，以收集和中繼信息，并對大量的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾；然后把重要信息傳送到數(shù)據(jù)融合中心，將大量信息集成為一幅戰(zhàn)場全景圖，以滿足作戰(zhàn)力量“知己知彼”的要求，大大提升指揮員對戰(zhàn)場態(tài)勢的感知水平。

　　典型的WSN應(yīng)用方式是用飛行器將大量微傳感器節(jié)點(diǎn)散布于戰(zhàn)場地域，并自組成網(wǎng)，將戰(zhàn)場信息邊收集、邊傳輸、邊融合。系統(tǒng)軟件通過解讀傳感器節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內(nèi)容，將它們與諸如公路、建筑、天氣、單元位置等相關(guān)信息，以及其他WSN的信息相互融合，向戰(zhàn)場指揮員提供一個(gè)動態(tài)的、實(shí)時(shí)或近實(shí)時(shí)更新的戰(zhàn)場信息數(shù)據(jù)庫，為各作戰(zhàn)平臺更準(zhǔn)確地制定戰(zhàn)斗行動方案提供情報(bào)依據(jù)和服務(wù)，使情報(bào)偵察與獲取能力產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。

　　對戰(zhàn)場的監(jiān)控可以分為對己方的監(jiān)控和對敵方的監(jiān)測，包括軍事行動偵察與非軍事行動的監(jiān)測。通過在己方人員、裝備上附帶各種傳感器，并將傳感器采集的信息通過匯聚節(jié)點(diǎn)送至指揮所，同時(shí)融合來自戰(zhàn)場的其他信息，可以形成己方完備的戰(zhàn)場態(tài)勢圖，幫助指揮員及時(shí)準(zhǔn)確地了解*、武器裝備和軍用物資的部署和供給情況。

　　通過飛機(jī)或其他手段在敵方陣地大量部署各種傳感器，對潛在的地面目標(biāo)進(jìn)行探測與識別，可以使己方以遠(yuǎn)程、精確、低代價(jià)、隱蔽的方式近距離地觀察敵方布防，迅速、全方位地收集利于作戰(zhàn)的信息，并根據(jù)戰(zhàn)況快速調(diào)整和部署新的WSN，及時(shí)發(fā)現(xiàn)敵方企圖和對我方的威脅程度。通過對關(guān)鍵區(qū)域和可能路線的布控WSN，可以實(shí)現(xiàn)對敵方全天候的嚴(yán)密監(jiān)控。

　　2．2 目標(biāo)定位

　　WSN中感知目標(biāo)信息的節(jié)點(diǎn)將感知信息廣播(無線傳送)到管理節(jié)點(diǎn)，再由管理節(jié)點(diǎn)融合感知信息，對目標(biāo)位置進(jìn)行判斷的過程稱為目標(biāo)定位。目標(biāo)定位是WSN的重要應(yīng)用之一，為火力控制和制導(dǎo)系統(tǒng)提供精確的目標(biāo)定位信息，從而實(shí)現(xiàn)對預(yù)定目標(biāo)的精確打擊。

　　由于WSN具有擴(kuò)展性強(qiáng)、實(shí)時(shí)性和隱蔽性好等特點(diǎn)，使得它非常適合對運(yùn)動目標(biāo)進(jìn)行跟蹤定位，為指揮中心提供被跟蹤對象的實(shí)時(shí)位置信息。WSN的目標(biāo)定位應(yīng)用方式可以分為偵測、定位、報(bào)告三個(gè)階段。在偵測階段，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)“啟動”以探測可能的目標(biāo)，并在目標(biāo)出現(xiàn)后計(jì)算自身到目標(biāo)的距離，同時(shí)向網(wǎng)絡(luò)廣播包括節(jié)點(diǎn)位置及與目標(biāo)的距離等內(nèi)容的信息。在定位階段，各節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收到的目標(biāo)方位與自身位置信息，通過最大似然、三邊測量或三角測量等方法，獲得目標(biāo)的位置信息，然后進(jìn)入報(bào)告階段。在報(bào)告階段，WSN會向距離目標(biāo)較近的傳感器節(jié)點(diǎn)廣播消息，使之啟動并加入跟蹤過程，同時(shí)WSN將目標(biāo)信息通過匯聚節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)焦芾砉?jié)點(diǎn)或指揮所，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的精確定位。

　　2003年美國國防高級研究計(jì)劃局主導(dǎo)的Network Embed and System Technology項(xiàng)目成功驗(yàn)證了WSN技術(shù)的準(zhǔn)確定位能力。該項(xiàng)目采用多個(gè)廉價(jià)音頻傳感器節(jié)點(diǎn)協(xié)同定位敵方狙擊手，并標(biāo)識在所有參戰(zhàn)人員的個(gè)人計(jì)算機(jī)中，三維空間的定位精度可達(dá)1．5 m，定位延遲達(dá)2 s，甚至能顯示出敵方狙擊手采用跪姿和站姿射擊的差異，使指揮員和戰(zhàn)斗員的作戰(zhàn)態(tài)勢感知能力產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。

　　2．3 毀傷效果*估

　　戰(zhàn)場目標(biāo)毀傷效果*估是對火力打擊后目標(biāo)毀傷情況的科學(xué)*價(jià)，是后續(xù)作戰(zhàn)行動決策的重要依據(jù)。當(dāng)前應(yīng)用較多的目標(biāo)毀傷效果*估系統(tǒng)主要依托于無人機(jī)、偵察衛(wèi)星等手段，但這些手段均受到飛行距離近、過頂時(shí)間短、敵方打擊威脅或天氣等因素的制約，無法全天時(shí)對打擊目標(biāo)進(jìn)行抵近偵查并對毀傷效果做出正確*估。

　　WSN系統(tǒng)中，價(jià)格低、生存能力強(qiáng)的傳感器節(jié)點(diǎn)可以通過飛機(jī)或火力打擊時(shí)的導(dǎo)彈、精確制導(dǎo)炸彈附帶散布于攻擊目標(biāo)周圍。在火力打擊之后，傳感器節(jié)點(diǎn)通過對目標(biāo)的可見光、無線電通信、人員部署等信息進(jìn)行收集、傳遞，并經(jīng)過管理節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)分析，可以使作戰(zhàn)指揮員及時(shí)準(zhǔn)確地進(jìn)行戰(zhàn)場目標(biāo)毀傷效果*估。這一方面可以使指揮員能夠掌握火力打擊任務(wù)的完成情況，適時(shí)調(diào)整火力打擊計(jì)劃和火力打擊重點(diǎn)，實(shí)施正確的決策提供科學(xué)依據(jù)；另一方面，也可以最大限度地優(yōu)化打擊火力配置，集中優(yōu)勢火力對關(guān)鍵目標(biāo)進(jìn)行打擊，從而大大提高作戰(zhàn)資源利用率。

　　2．4 核生化監(jiān)測

　　將微小的傳感器節(jié)點(diǎn)部署到戰(zhàn)場環(huán)境中形成自主工作的WSN系統(tǒng)，并讓其負(fù)責(zé)采集有關(guān)核生化數(shù)據(jù)信息的采集，形成低成本、高可靠的核生化攻擊預(yù)警系統(tǒng)。這一系統(tǒng)可以在不耗費(fèi)人員戰(zhàn)斗力的條件下，及時(shí)而準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)己方陣地上的核生化污染，為參戰(zhàn)人員提供寶貴的快速反應(yīng)時(shí)間，從而盡可能地減少人員傷亡和裝備損失。

　　在核生化戰(zhàn)爭中，對爆炸中心附近及時(shí)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)采集工作非常重要。能否在最短的時(shí)間內(nèi)監(jiān)測到爆炸中心的相關(guān)參數(shù)，判斷爆炸類型，并對產(chǎn)生的破壞情況進(jìn)行估算，是快速采取應(yīng)對措施的關(guān)鍵，這些工作常常需要專業(yè)人員攜帶裝備進(jìn)入沾染區(qū)進(jìn)行探測。而通過無人機(jī)、火箭彈等方式向爆炸中心附近布撒WSN傳感器節(jié)點(diǎn)，依靠自主工作的WSN系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，則可以在遭受核生化襲擊后無需派遣人員即可快速獲取爆炸現(xiàn)場精確的探測數(shù)據(jù)，從而避免核反應(yīng)*探測數(shù)據(jù)時(shí)直接暴露在核輻射的環(huán)境中而受到核輻射的威脅。

　　結(jié)語

　　信息化戰(zhàn)爭要求作戰(zhàn)系統(tǒng)“看得清、反應(yīng)快、打得準(zhǔn)”，戰(zhàn)爭雙方誰在信息的獲取、傳輸、處理上占據(jù)優(yōu)勢，誰就能取得制信息權(quán)，進(jìn)而掌握戰(zhàn)爭的主動權(quán)。WSN作為戰(zhàn)場信息獲取的源頭和途徑，以其生存能力強(qiáng)、可靠性和準(zhǔn)確性高以及戰(zhàn)場感知實(shí)時(shí)能力強(qiáng)的獨(dú)特優(yōu)勢，能夠在信息化戰(zhàn)爭的戰(zhàn)場上發(fā)揮獨(dú)特的作用。隨著研究的深入和技術(shù)的進(jìn)步，未來功耗低、安全性高的WSN系統(tǒng)，必將對信息化戰(zhàn)爭產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。