傳感器的軍事應(yīng)用課件

傳感器在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用軍用傳感器主要內(nèi)容0引言1類別2特征3應(yīng)用4發(fā)展5特殊6MEMS7戰(zhàn)斗機8SOI0引言

在現(xiàn)代電子信息系統(tǒng)中，信息采集-傳感器技術(shù)，信息傳遞-通訊技術(shù)，信息處理-微處理器(即計算機)技術(shù)是現(xiàn)代電子信息技術(shù)的三大核心技術(shù)，也是現(xiàn)代武器裝備發(fā)展必不可少的重要組成部分。 在軍事上傳感器是武器裝備發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。專家認為，“一個國家軍用傳感器制造技術(shù)水平的高低，決定了該國武器制造水平的高低，決定了該國武器自動化程度的高低，最終決定了該國武器性能的優(yōu)劣”。美國國防部專家說過，“當今世界誰掌握了傳感器，誰就掌握了高科技，誰掌握了高科技，誰就控制了世界”。近十幾年來，發(fā)生的歷次局部戰(zhàn)爭中使用的高技術(shù)武器上都裝有多種傳感器，在對目標探測、精確制導(dǎo)、電子對抗、通訊指揮、故障診斷和自我防護中發(fā)揮了重要作用。

2軍用傳感器的特征傳感器是一項軍民兩用的高技術(shù)，軍用傳感器是傳感器產(chǎn)業(yè)中的一個重要分支。與民用傳感器相比，軍用傳感器具有品種結(jié)構(gòu)特殊，使用環(huán)境惡劣、技術(shù)指標高、質(zhì)量水平高(產(chǎn)品的一致性、穩(wěn)定性和可靠性高)等特殊要求，研制生產(chǎn)難度大。近十年來，在微電子技術(shù)、微機械加工技術(shù)、納米技術(shù)以及新型材料科學(xué)等高技術(shù)的推動下，傳感器技術(shù)已從單一的物性型傳感器進入功能更為強大、技術(shù)高度集成的新型傳感器階段。因此，當代軍用傳感器已進入新型軍用傳感器階段，其典型特征是微型化、多功能化、數(shù)字化、智能化、系統(tǒng)化和網(wǎng)絡(luò)化，它必將對軍用電子裝備的發(fā)展起到先導(dǎo)和促進作用。3傳感器在軍事上的應(yīng)用當今，傳感器在軍事上的應(yīng)用極為廣泛，可以說無時不用、無處不用，大到星體、兩彈、飛機、艦船、坦克、火炮等裝備系統(tǒng)，小到單兵作戰(zhàn)武器；從參戰(zhàn)的武器系統(tǒng)到后勤保障；從軍事科學(xué)試驗到軍事裝備工程；從戰(zhàn)場作戰(zhàn)到戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)指揮；從戰(zhàn)爭準備、戰(zhàn)略決策到戰(zhàn)爭實施，遍及整個作戰(zhàn)系統(tǒng)及戰(zhàn)爭的全過程，而且必將在未來的高技術(shù)戰(zhàn)爭中促使作戰(zhàn)的時域、空域和頻域更加擴大，更加影響和改變作戰(zhàn)的方式和效率，大幅度提高武器的威力和作戰(zhàn)指揮及戰(zhàn)場管理能力。3.1微型傳感器的應(yīng)用

在微型偵察衛(wèi)星上的應(yīng)用：2002年2月，美國成功地將世界上第一顆皮型衛(wèi)星(小于1kg)發(fā)射到離地面750km的軌道上，其外形尺寸為(1in×3in×4in，注：1in=0.0254m)，質(zhì)量僅為245g。另美國研制成功一個微塵衛(wèi)星(小于500g)，裝有7個不同軸向的傳感器，包括2個磁傳感器，2個加速度傳感器以及光、濕度、壓力傳感器。在導(dǎo)航系統(tǒng)上的應(yīng)用：美國研制成功的一種加速度達105g的MEMS慣性傳感器，已用于智能彈頭和鉆地彈頭中，其抗震能力足以使彈頭鉆入地下后，仍能對其進行制導(dǎo)、控制并引爆。

用于陸軍單兵作戰(zhàn)的多功能電子設(shè)備：該裝置安裝在士兵身上的各個部位，包括各類MEMS傳感器及其測控系統(tǒng)，主要有智能頭盔(包括夜視儀、紅外/激光瞄準器等)，能有效地提高士兵作戰(zhàn)能力，從2003年起已逐步裝備于陸軍單兵作戰(zhàn)。

在武器引爆上的應(yīng)用：傳感器引爆武器是目前智能化程度最高的武器，B1轟炸機可以攜帶30個這樣的武器。投彈后，武器外殼和炸彈平臺會裂解，放出多個炸彈筒，每個炸彈筒可以30度角射出名為斯科特的帶降落傘的炸彈，每個斯科特都有傳感器引爆系統(tǒng)能夠追蹤目標。找到目標的斯科特會將熔化的銅彈頭打入敵軍坦克，而沒有找到目標的會自動銷毀，不會在戰(zhàn)場上留下明顯痕跡。最初使用在美伊戰(zhàn)爭，投放第一批武器就炸毀了伊拉克2/3的前線坦克，余下的1/3則迅速繳械投降了。

整個系統(tǒng)計劃2020年部署完畢SBIRS將具備同時跟蹤戰(zhàn)略與戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈的能力，采用全新設(shè)計的紅外傳感器，高軌衛(wèi)星采用掃描與凝視傳感器，低軌衛(wèi)星采用捕獲與跟蹤傳感器，使衛(wèi)星能對小型戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈快速發(fā)現(xiàn)與跟蹤較弱信號，并采用復(fù)合星座設(shè)計，提高對各種導(dǎo)彈的發(fā)現(xiàn)能力，擴大跟蹤范圍，尤其是中段跟蹤，實現(xiàn)全過程監(jiān)視與預(yù)警。

3.3光纖傳感器的應(yīng)用光纖傳感器在軍事信息技術(shù)中的應(yīng)用主要集中在如下幾個方面：基于光纖陀螺的對飛行器、水下兵器、陸用戰(zhàn)車的慣性制導(dǎo)和對運動載體的姿態(tài)控制；基于微振動傳感器和光纖信息傳輸網(wǎng)，用于海洋防衛(wèi)和反潛作戰(zhàn)的的光纖水聽器傳感器陣列網(wǎng)和用于核外炸核查以及反核查光纖地震波監(jiān)測網(wǎng)；基于溫度、壓力、振動傳感器的智能結(jié)構(gòu)，廣泛用于水下兵器及航空航天等領(lǐng)域。光纖陀螺成為慣性導(dǎo)航及控制領(lǐng)域的重點應(yīng)用領(lǐng)域，它的應(yīng)用可覆蓋傳統(tǒng)機電陀螺的所有領(lǐng)域以及機電陀螺在慣性制導(dǎo)及姿態(tài)控制領(lǐng)域中可望而不可及的領(lǐng)域，導(dǎo)致了強沖擊下火炮捷聯(lián)控制、炮射制導(dǎo)武器系統(tǒng)的發(fā)展。近十幾年以來,已有多種高性能光纖水聽器系統(tǒng)問世。如美海軍研究實驗室(NRL)與Litton制導(dǎo)與控制公司共同研制的光纖水聽器已裝備在688級攻擊潛艇上并做了公開演示。光纖傳感器易于進行多點及分布式傳感，實現(xiàn)智能結(jié)構(gòu)。光纖傳感器在軍事上的其它應(yīng)用包括地震波檢測、核輻射檢測、化學(xué)偵查、監(jiān)測等。

4軍用傳感器的發(fā)展趨勢（1）微型傳感器 微型傳感器是指芯片的特征尺寸為微米級，采用微電子機械加工制作的各類傳感器的總稱，是近代先進的微電子機械系統(tǒng)(MEMS)中的重要組成部分。 工業(yè)發(fā)達國家的微型傳感器發(fā)展迅速，且生產(chǎn)工藝成熟,現(xiàn)在已形成產(chǎn)品和正在研究中的微型傳感器有壓力、力、力矩、加速度、速度、位置、流量、電量、磁場、溫度、氣體、濕度、pH值、離子濃度、微型陀螺以及無線網(wǎng)絡(luò)傳感器等，產(chǎn)品質(zhì)量達到很高水平。如Tronic公司采用表面微機械加工技術(shù)在直徑為100mm的SOI基片上制作了5500多個電容式壓力敏感元件，其壓力測量范圍為65～145kPa，靈敏度為1pF/100kP，準確度<1%F·S，產(chǎn)品尺寸為0.5mm×2cm。 美國研制出一種用3個MEMS陀螺和3個MEMS加速度計組成的微型捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)樣機，尺寸僅為2cm×2cm×0.5cm，質(zhì)量5g，功率小于1W，它的體積、質(zhì)量、耗電功率、價格和小型慣性導(dǎo)航系統(tǒng)之比為：體積比為0.012%，質(zhì)量比為0.12%耗電功率比為4.2%價格比為2%，美國研制成功的MEMS加速度計能承受火炮發(fā)射時產(chǎn)生的近105gn的沖擊力，可以為制導(dǎo)導(dǎo)彈提供一種經(jīng)濟的制導(dǎo)系統(tǒng)。（2）紅外傳感器 紅外傳感器的突出優(yōu)點是以被動方式工作，有利于抗干擾和隱蔽。紅外探測是在1～3μm，3～5μm和8～14μm三個紅外輻射窗口進行的。單元紅外探測器如非本征鍺和硅以及熱釋電探測等工藝成熟，早已商品化，且已在軍事裝備中得到應(yīng)用。多元線列探測器已商品化。 今后十幾年內(nèi)，紅外焦平面陣列技術(shù)還會得到大力發(fā)展，其陣列規(guī)模將愈來愈大，最終將成為智能化紅外焦平面器件。同時，非致冷紅外焦平面陣列(如輻射熱計、熱電探測器陣列等)以及以半導(dǎo)體超晶格量子阱材料的多種新型紅外探測器將進一步發(fā)展。 現(xiàn)在一些國家正在研究開發(fā)可以識別物體形狀的觸覺傳感器以及能分辨不同氣體的嗅覺傳感器。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能傳感器的功能將逐步加強，它將利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感器信息融合技術(shù)、模糊理論等新技術(shù)，使傳感器具有更高級的智能，可完成多維檢測等復(fù)雜任務(wù)，應(yīng)用前景更為廣闊。（4）無線網(wǎng)絡(luò)化傳感器 網(wǎng)絡(luò)化傳感器是指傳感器在現(xiàn)場級實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議，使現(xiàn)場測控數(shù)據(jù)就近登臨網(wǎng)絡(luò),在網(wǎng)絡(luò)所能及的范圍內(nèi)實時發(fā)布和共享。 近幾年，采用藍牙技術(shù)標準開發(fā)成功一種無線網(wǎng)絡(luò)化傳感器。它與有線網(wǎng)絡(luò)化傳感器相比，具有：安裝位置不受任何限制，擺放靈活，且無須布線；不用電纜線，降低了成本，提高了系統(tǒng)可靠性；安裝和維護非常簡便等優(yōu)點。

5高技術(shù)戰(zhàn)爭中需要的特殊傳感器

在當代高技術(shù)戰(zhàn)爭中迫切要求研制新一代特殊品種、規(guī)格的傳感器: (1)特殊品種傳感器： 例如檢測彈頭再入時受到氣動磨擦加熱時的燒蝕傳感器；測量導(dǎo)彈、衛(wèi)星及運載器的氣動加熱的熱流傳感器；航天用的前視紅外傳感器、紅外焦平面陣列；精密制導(dǎo)用的紅外制導(dǎo)傳感器等。

(2)特殊規(guī)格傳感器： 例如檢測聚熱介質(zhì)的高溫傳感器和暴冷介質(zhì)的低溫傳感器；低量程和大量程的振動、加速度傳感器；大量程壓力傳感器。 (3)新型傳感器： 例如微型傳感器(如重量小于1g、功耗為幾毫瓦的傳感器)；診斷傳感器；軍用機器人用的智能傳感器；三維視覺傳感器；模糊傳感器；高準確度圖像傳感器；超導(dǎo)傳感器；紅外CMT凝視陣列及CMT凝視焦平面陣列；高準確度光纖陀螺等。MEMS是近十年來發(fā)展非常迅速的跨學(xué)科的新興領(lǐng)域，MEMS技術(shù)的目標是把信息獲取，處理和執(zhí)行一體化地集成在一起，使之成為真正的微電子系統(tǒng)。這些裝置把電路和運轉(zhuǎn)著的機器裝在一個硅芯片上，對于傳統(tǒng)的“機械學(xué)”來說，MEMS不僅為之打開了“微尺寸”新領(lǐng)域的大門，也是真正實現(xiàn)機電一體化的開始。因此，正如70年代微電子技術(shù)引發(fā)了信息革命一樣，MEMS被認為是微電子技術(shù)的又一次革命，對21世紀的科學(xué)技術(shù)、生活方式和人類生活質(zhì)量都會有深遠的影響。

MEMS是以微電子技術(shù)為基礎(chǔ)，以單晶硅為主要基底材料、輔以體硅加工、表面加工、LIGA以及電鍍、電火花加工等技術(shù)手段，進行毫米級和亞毫米級的微零件、微傳感器和微執(zhí)行器的三維和準三維加工，并利用硅IC工藝的優(yōu)勢，制造出集成化的微機電系統(tǒng)乃至微機器人。

7戰(zhàn)斗機F-22A戰(zhàn)斗機空速管傳感器傳感器融合技術(shù)光電跟蹤傳感系統(tǒng)有源電掃相控陣傳感系統(tǒng)光電分布式孔徑傳感系統(tǒng)激光目標指示傳感系統(tǒng)微光電視攝像傳感系統(tǒng)絕緣體上硅(SOI)是指在一絕緣襯底上再形成一層單晶硅