传感器的军事应用

（2）红外传感器 红外传感器的突出优点是以被动方式工作， 有利于抗干扰和隐蔽。红外探测是在1～3μm， 3～5μm 和8～14μm三个红外辐射窗口进行的。 单元红外探测器如非本征锗和硅以及热释电探测 等工艺成熟，早已商品化，且已在军事装备中得 到应用。多元线列探测器已商品化。 今后十几年内，红外焦平面阵列技术还会得 到大力发展，其阵列规模将愈来愈大，最终将成 为智能化红外焦平面器件。同时，非致冷红外焦 平面阵列(如辐射热计、热电探测器阵列等) 以及 以半导体超晶格量子阱材料的多种新型红外探测 器将进一步发展。
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、质量水平高(产品的一致性、稳 定性和可靠性高) 等特殊要求，研制生产难度大。 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、技术高度集成的新型传感器阶段。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、智能化、 系统化和网络化，它必将对军用电子装备的发展 起到先导和促进作用。
在舰艇、飞机及车辆等平台上的应用：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( 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。 其突出优点是以被动方式工作,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。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F - 22 隐身 能力。
在导航系统上的应用：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，仍能对其进行制导、控制并引爆。
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，从2003 年起已逐步装备于陆军单兵作战。
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， 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。
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。
在武器引爆上的应用：传感器引爆武器是 目前智能化程度最高的武器 ，B1轰炸机可 以携带30个这样的武器。投弹后，武器外 壳和炸弹平台会裂解，放出多个炸弹筒， 每个炸弹筒可以30度角射出名为斯科特的 带降落伞的炸弹，每个斯科特都有传感器 引爆系统能够追踪目标。找到目标的斯科 特会将熔化的铜弹头打入敌军坦克，而没 有找到目标的会自动销毁，不会在战场上 留下明显痕迹。最初使用在美伊战争，投 放第一批武器就炸毁了伊拉克2/3的前线 坦克，余下的1/3则迅速缴械投降了。
5 高技术战争中需要的特殊传感器
在当代高技术战争中迫切要求研制 新一代特殊品种、规格的传感器: (1) 特殊品种传感器： 例如检测弹头再入时受到气动磨擦加 热时的烧蚀传感器；测量导弹、卫星及运 载器的气动加热的热流传感器；航天用的 前视红外传感器、红外焦平面阵列；精密 制导用的红外制导传感器等。
(2) 特殊规格传感器： 例如检测聚热介质的高温传感器和暴冷介 质的低温传感器；低量程和大量程的振动、加 速度传感器；大量程压力传感器。 (3) 新型传感器： 例如微型传感器 (如重量小于1g、功耗为 几毫瓦的传感器) ；诊断传感器；军用机器人 用的智能传感器；三维视觉传感器；模糊传感 器；高准确度图像传感器；超导传感器；红外 CMT 凝视阵列及CMT 凝视焦平面阵列；高准 确度光纤陀螺等。
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。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(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 级攻击潜艇上并做了 公开演示。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）智能传感器 凡具有一种或多种敏感功能、数字量输 出、信息存储和记忆、逻辑判断、双向通讯、 决策、自检、自校准、自补偿、自诊断、数 值处理等功能的器件称为智能传感器。目前， 研制成功的智能传感器仅具有上述功能中的 一部分，其代表性产品有: 美国 Honeywell 公司的DSTJ - 3000 智能 压力变送器；ParScientific 公司的 1000 系列数字式石英智能化传感器；智能 加速度传感器；智能红外传感器等。
美国Crossbow Technology 公司， 采用蓝 牙协议，开发成功一种Cross Net 结构，具有结 构灵活、模块化,测量范围宽、使用方便等特点。 最近，该公司在美国“2002 年传感器博览会”上 展示出最近开发成功的可以配备各种传感器的小 型无线模块，相邻的多个模块之间利用无线通信 可以自动构成一个网络，而且可将1000 个以上的 模块进行“Multihop连接。这种模块使用916MHz 频带，发送时工作电流为12 mA ，最大发送距离 60 m。 目前，美国OAK Ridge 国家研究院等单位正 在开发新一代无线传感器，也即采用MEMS 技术， 将传感器、信号调制电路和通讯元件集成在一块 硅衬底上。
如Tronic 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5500 多个电 容式压力敏感元件，其压力测量范围为65～145 kPa，灵敏度为1 p F/ 100 kP ，准确度< 1 %F· S ，产品尺寸为0. 5 mm ×2 cm 。 美国研制出一种用3 个MEMS 陀螺和3 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 cm ×2 cm ×0. 5 cm ，质量5 g ，功率小于1 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. 012 %，质量比为0. 12 %耗电功率比为4. 2 %价格 比为2 %，美国研制成功的MEMS 加速度计能承 受火炮发射时产生的近105 g n 的冲击力，可以为 制导导弹提供一种经济的导弹的预警：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，用于捕获与跟踪中段飞行的 导弹，SBIRS 计划预算230 亿美元。
3.3 光纤传感器的应用
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、陆用战车的惯性制导 和对运动载体的姿态控制；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；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。
3.1 微型传感器的应用
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1 kg) 发射到离地面750 km 的轨道 上，其外形尺寸为(1 in ×3 in ×4 in ， 注：1in = 0. 025 4m) ，质量仅为 245 g。另美国研制成功一个微尘卫星 (小于500 g) ，装有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、湿度、压力传感器。
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： 用于探测军用装备外界信息的传感器称为外部传 感器，如用于目标探测、精确打击、姿态控制的 光电传感器、红外传感器、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。 在实战中，各类武器装备一方面靠外部传感器快 速发现与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，两类传感器同等重要。
整个系统计划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，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。
3 传感器在军事上的应用
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，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；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；从战场作战到战略、战术指挥； 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，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，大幅度提高武器的威力 和作战指挥及战场管理能力。