【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 據(jù)融合降低虛警率，并通過(guò)多節(jié)點(diǎn)協(xié)同信息處理克服單節(jié)點(diǎn)感知能力的限制，提高目標(biāo)識(shí)別率，改善目標(biāo)定位和跟蹤精度，形成準(zhǔn)確的態(tài)勢(shì)感知，緩解四大受限。遠(yuǎn)程監(jiān)控戰(zhàn)場(chǎng)傳感器系統(tǒng)（REMBASS ：Remotely Monitored Battlefield Sensor System）系列傳感偵察裝備器材是美軍代表性的地面戰(zhàn)場(chǎng)傳感偵察裝備。2000 年， 美國(guó)L3COM 研制出RENBASSII 第二代地面戰(zhàn)場(chǎng)傳感偵察裝備AN/GSR8(V)， 所示。它采用高速CPU 和更為先進(jìn)的聲響/震動(dòng)目標(biāo)識(shí)別、分類算法，增加了紅外、磁敏傳感器，可確定武裝人員、車輛、坦克等目標(biāo)的行進(jìn)方向，具有全天時(shí)、全天候、各種地質(zhì)條件下的偵察能力，體積、重量、功耗進(jìn)一步減小。 美軍AN/GSR8(V)傳感偵察裝備 超聲波傳感器及其原理分析 超聲波概述所謂超聲波，是指人耳聽(tīng)不見(jiàn)的聲波。正常人的聽(tīng)覺(jué)可以聽(tīng)到20赫茲（Hz）—20千赫茲（Hz）的聲波，低于20赫茲的聲波稱為次聲波或亞聲波，超過(guò)20千赫茲的聲波稱為超聲波。超聲波是聲波大家族中的一員，和可聞聲本質(zhì)上是一致的，它們的共同點(diǎn)都是一種機(jī)械振動(dòng)，通常以縱波的方式在彈性介質(zhì)內(nèi)傳播，是一種能量和動(dòng)量的傳播形式，其不同點(diǎn)是超聲頻率高，波長(zhǎng)短，在一定距離內(nèi)沿直線傳播具有良好的束射行和方向性。超聲波是波的一種，它的傳播完全符合波的傳播特點(diǎn)。所以超聲波在介質(zhì)中傳播的波形取決于介質(zhì)可以承受何種作用力以及如何對(duì)介質(zhì)激發(fā)超聲波。通常有如下三種波形：：當(dāng)介質(zhì)中各體元振動(dòng)的方向與波傳播的方向平行是，此超聲波為縱波波形。任何固體介質(zhì)當(dāng)其體積發(fā)生交替變化時(shí)均能產(chǎn)生縱波。：當(dāng)介質(zhì)中各體元振動(dòng)的方向與波傳播的方向垂直時(shí)，此種超聲波為橫波波形。由于介質(zhì)除了能承受體積變形外，還能承受切變變形，因此，當(dāng)其有剪切應(yīng)力交替作用于介質(zhì)時(shí)均能產(chǎn)生橫波。橫波只能在固體介質(zhì)中傳播。：是沿著兩種介質(zhì)的界面?zhèn)鞑サ木哂锌v波和橫波的雙重性質(zhì)的波。表面波可以看成是由平行于表面的縱波和垂直于表面的橫波合成，振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的軌跡為一橢圓，在據(jù)表面1/4波長(zhǎng)深處振幅最強(qiáng)，隨著深度的增加很快衰減，實(shí)際上離表面一個(gè)波長(zhǎng)以上的地方，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅已經(jīng)很微弱了。總的來(lái)說(shuō)與可聞波相比，超聲波由于頻率高、波長(zhǎng)短，在傳播過(guò)程中具有許多其特有的性質(zhì)：。由于超聲波的頻率高，其波長(zhǎng)較同樣介質(zhì)中的聲波波長(zhǎng)短得多，衍射相仿不明顯，所以超聲波的傳播方向好。超聲波在介質(zhì)中傳播，當(dāng)振幅相同時(shí)，振動(dòng)頻率越高能量越大。因此，它比普通聲波具有大得多的能量。超聲波雖然在氣體中衰減很強(qiáng)，但在固體和液體中衰減較弱。在不透明的固體中，超聲波能夠穿透幾十米的厚度，所以超聲波在固體和液體中應(yīng)用較廣。在液體中傳播時(shí)，超聲波與聲波一樣是一種疏密的振動(dòng)波，液體時(shí)而受拉時(shí)而逐級(jí)壓，產(chǎn)生近于真空或含少量氣體的空穴。在聲波壓縮階段，空穴被壓縮直至崩潰。在空穴崩潰時(shí)產(chǎn)生放電和發(fā)光現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為空化作用。也正是這些特點(diǎn)，使得超聲波在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、軍事等眾多方面都有著極其廣泛的應(yīng)用。 超聲波傳感器測(cè)距原理超聲波因其指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，而經(jīng)常用于進(jìn)行各種測(cè)量。如利用超聲波在水中的發(fā)射，可以測(cè)量水深、液位等。利用超聲波測(cè)距，使用單片機(jī)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)合理，計(jì)算處理也較方便，測(cè)量精度能達(dá)到各種場(chǎng)合使用的要求。超聲波測(cè)距的原理是利用超聲波在空氣中的傳播速度為已知，測(cè)量聲波在發(fā)射后遇到障礙物反射回來(lái)的時(shí)間，根據(jù)發(fā)射和接收的時(shí)間差計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)到障礙物的實(shí)際距離。有次可見(jiàn)，超聲波測(cè)距原理與雷達(dá)原理是一樣的。測(cè)距的公式表示為（）L=CT （）式中L—為測(cè)量的距離長(zhǎng)度；C—為超聲波在空氣中的傳播速度；T—為測(cè)量距離傳播的時(shí)間差（T為發(fā)射到接收時(shí)間數(shù)值的一半）。超聲波測(cè)距主要應(yīng)用于倒車提醒、建筑工地、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)等的距離測(cè)量，雖然目前的測(cè)距量程上能達(dá)到百米，但測(cè)量的精度往往只能達(dá)到厘米數(shù)量級(jí)。由于超聲波易于定向發(fā)射、方向性好、強(qiáng)度易控制、與被測(cè)量物體不需要直接接觸的優(yōu)點(diǎn)，是作為液體高度測(cè)量的理想手段。在精密的液位測(cè)量中需要達(dá)到毫米級(jí)的測(cè)量精度，但是目前國(guó)內(nèi)的超聲波測(cè)距專用集成電路都是只有厘米級(jí)的測(cè)量精度。通過(guò)分析超聲波測(cè)距誤差產(chǎn)生的原因，提高測(cè)量時(shí)間差到微妙級(jí)，以及用LM92溫度傳感器進(jìn)行聲波傳播速度的補(bǔ)償后，我們?cè)O(shè)計(jì)的高精度超聲波測(cè)距儀便能達(dá)到毫米級(jí)的測(cè)量精度。（℃，10℃至+85℃準(zhǔn)確度為177?！?，I2C總線接口。用89C51的通用I/O端口能很容易的模擬I2C總線的讀寫時(shí)序,LM92的高精度溫度測(cè)量能很好的補(bǔ)償超聲波在不同溫度的傳播速度。） 超聲波測(cè)距誤差分析 根據(jù)超聲波測(cè)距公式L=CT，可知測(cè)距的誤差是由超聲波的傳播速度誤差和測(cè)量距離傳播的時(shí)間誤差引起的。當(dāng)要求測(cè)距誤差小于1mm時(shí)，假設(shè)已知超聲波速度C=344m/s（20℃室溫），忽略聲速的傳播誤差。測(cè)距誤差s△t()≈,。在超聲波的傳播速度是準(zhǔn)確的前提下，測(cè)量距離的傳播時(shí)間差值精度只要在達(dá)到微秒級(jí)，就能保證測(cè)距誤差小于1mm的誤差。使用的12MHz晶體作時(shí)鐘基準(zhǔn)的89C51單片機(jī)定時(shí)器能方便的計(jì)數(shù)到1us的精度，因此系統(tǒng)采用89C51定時(shí)器能保證時(shí)間誤差在1mm的測(cè)量范圍內(nèi)。超聲波的傳播速度受空氣的密度所影響，空氣的密度越高則超聲波的傳播速度就越快，而空氣的密度又與溫度有著密切的關(guān)系。已知超聲波速度與溫度的關(guān)系如下：近似公式為：C=C0+T℃，式中：C0為零度時(shí)的聲波速度332m/s；T為實(shí)際溫度（℃）。對(duì)于超聲波測(cè)距精度要求達(dá)到1mm時(shí)，就必須把超聲波傳播的環(huán)境溫度考慮進(jìn)去。例如當(dāng)溫度0℃時(shí)超聲波速度是332m/s，30℃時(shí)是350m/s，溫度變化引起的超聲波速度變化為18m/s。若超聲波在30℃的環(huán)境下以0℃的聲速測(cè)量100m距離所引起的測(cè)量誤差將達(dá)到5m，測(cè)量1m誤差將達(dá)到5mm。 毫米波傳感器及其原理分析 毫米波的特點(diǎn)毫米波是介于微波到光波之間的電磁頻譜，它具有以下特點(diǎn)：，可通過(guò)用被動(dòng)方式探測(cè)物體輻射毫米波的強(qiáng)弱來(lái)識(shí)別目標(biāo)。毫米波頻帶極寬，在四個(gè)主要大氣礦口35,94,140和220GHz中，可利用的帶寬分別為16,23,26和70GHz，每個(gè)窗口寬度都接近或大于整個(gè)厘米波段的頻帶，三個(gè)60、119和183GHz的吸收帶，也具有相當(dāng)寬的頻帶。，方向性好，有極高的分辨率。，測(cè)量精度高，與激光和紅外相比，毫米波具有穿透煙霧、塵埃的能力，基本可以全天候工作。，許多與分子轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)有關(guān)的特性在毫米波段沒(méi)有相應(yīng)的譜線，因而噪音小。由于以上的特點(diǎn)，毫米波技術(shù)的應(yīng)用范圍極廣，在雷達(dá)、通信、精確制導(dǎo)等軍事武器上有越來(lái)越重要的作用，在遙感、射電天文學(xué)、醫(yī)學(xué)、生物學(xué)等民用方面也有較廣泛的應(yīng)用。因此，近幾十年來(lái)毫米波技術(shù)的發(fā)展十分迅速。 毫米波輻射計(jì)及其原理在設(shè)計(jì)毫米波近感探測(cè)裝置是，工作頻帶應(yīng)選擇在大氣窗口內(nèi)，近感探測(cè)裝置探測(cè)距離一般可以達(dá)幾米至幾百米。特別對(duì)于幾十米以下的近距離探測(cè)，主動(dòng)毫米波探測(cè)器可選擇非大氣窗口的頻率，在這些特定的頻率下，反而可以大大提高抗干擾能力。對(duì)于被動(dòng)式毫米波輻射計(jì)，如果專門測(cè)量某氣體溫度時(shí)，應(yīng)選擇非大氣窗口。物體在一定溫度下都要輻射毫米波，主動(dòng)式輻射源通過(guò)天線向外輻射毫米波。當(dāng)毫米波到地面或空中其他物體時(shí)，將產(chǎn)生反射、散射、吸收、折射等。當(dāng)電磁輻射以平面波形式傳播到一平坦的表面時(shí)，一部分電磁波被反射或散射，另一部分被吸收，剩下部分都滲入內(nèi)層或淺表層。根據(jù)能量守恒定律，入射功率的平衡條件是 （）式中—入射功率； —反射功率； —吸收功率； —透射功率。靈巧彈藥中，毫米波輻射計(jì)利用地面目標(biāo)與背景之間毫米波輻射的差異來(lái)探測(cè)及識(shí)別目標(biāo)。毫米波輻射計(jì)實(shí)質(zhì)上是一臺(tái)高靈敏度接受機(jī)，用于接受目標(biāo)與背景的毫米波能量。信號(hào)處理器視頻放大器檢波器發(fā)火控制信號(hào)濾波器中頻放大器混頻器本振器 彈載毫米波全功率輻射計(jì)原理圖 多傳感器融合理論簡(jiǎn)介 多傳感器融合基本原理充分利用多個(gè)傳感器資源，通過(guò)對(duì)這些傳感器及其觀測(cè)信息的合理支配和使用，把多個(gè)傳感器在空間或時(shí)間上的冗余或互補(bǔ)信息依據(jù)某種準(zhǔn)則來(lái)進(jìn)行組合，以獲得比其各組成部分的子集所構(gòu)成的系統(tǒng)更優(yōu)越的性能。數(shù)據(jù)融合需要考慮數(shù)據(jù)融合的時(shí)間性和空間性。數(shù)據(jù)融合的時(shí)間性：數(shù)據(jù)融合的時(shí)間性表示按時(shí)間先后對(duì)觀測(cè)目標(biāo)在不同時(shí)間觀測(cè)值進(jìn)行融合，利用多傳感器在不同時(shí)間的觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)融合時(shí)需要考慮數(shù)據(jù)融合的時(shí)間性。數(shù)據(jù)融合的空間性：數(shù)據(jù)融合的空間性表示對(duì)同一時(shí)刻不同空間位置的多傳感器觀測(cè)值進(jìn)行數(shù)據(jù)融合。利用多傳感器在同一時(shí)刻的觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)融合時(shí)，要考慮數(shù)據(jù)融合的空間性。 信息融合的結(jié)構(gòu)形式信息融合的結(jié)構(gòu)有串行融合、并行融合和混合融合三種形式。：在融合時(shí)，當(dāng)前傳感器要接受前一級(jí)傳感器的輸出結(jié)果，每個(gè)傳感器既有接收信息、處理信息的功能，又有信息融合功能。各傳感器的處理同前一級(jí)傳感器輸出的信息形式有很大關(guān)系，最后一個(gè)傳感器綜合了所有前級(jí)傳感器輸出的信息，其輸出為串行融合系統(tǒng)的結(jié)果。：在融合時(shí)，每個(gè)傳感器直接將各自的輸出信息傳輸?shù)絺鞲衅魅诤现行模鱾鞲衅髦g沒(méi)有影響，融合中心對(duì)各信息按適當(dāng)方法綜合處理后，輸出最終結(jié)果。：是將串行、并行方式結(jié)合在一起，總體為串行、局部為并行；或者總體為并行、局部為串行。3