【文章內(nèi)容簡介】 據(jù)融合降低虛警率，并通過多節(jié)點協(xié)同信息處理克服單節(jié)點感知能力的限制，提高目標識別率，改善目標定位和跟蹤精度，形成準確的態(tài)勢感知，緩解四大受限。遠程監(jiān)控戰(zhàn)場傳感器系統(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)場傳感偵察裝備。2000 年， 美國L3COM 研制出RENBASSII 第二代地面戰(zhàn)場傳感偵察裝備AN/GSR8(V)， 所示。它采用高速CPU 和更為先進的聲響/震動目標識別、分類算法，增加了紅外、磁敏傳感器，可確定武裝人員、車輛、坦克等目標的行進方向，具有全天時、全天候、各種地質(zhì)條件下的偵察能力，體積、重量、功耗進一步減小。 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，是指人耳聽不見的聲波。正常人的聽覺可以聽到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，它們的共同點都是一種機械振動，通常以縱波的方式在彈性介質(zhì)內(nèi)傳播，是一種能量和動量的傳播形式，其不同點是超聲頻率高，波長短，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。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介質(zhì)激發(fā)超聲波。通常有如下三種波形：：當介質(zhì)中各體元振動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)當其體積發(fā)生交替變化時均能產(chǎn)生縱波。：當介質(zhì)中各體元振動的方向與波傳播的方向垂直時，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，當其有剪切應力交替作用于介質(zhì)時均能產(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，振動質(zhì)點的軌跡為一橢圓，在據(jù)表面1/4波長深處振幅最強，隨著深度的增加很快衰減，實際上離表面一個波長以上的地方，質(zhì)點振動的振幅已經(jīng)很微弱了?？偟膩碚f與可聞波相比，超聲波由于頻率高、波長短，在傳播過程中具有許多其特有的性質(zhì)：。由于超聲波的頻率高，其波長較同樣介質(zhì)中的聲波波長短得多，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，當振幅相同時，振動頻率越高能量越大。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，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用較廣。在液體中傳播時，超聲波與聲波一樣是一種疏密的振動波，液體時而受拉時而逐級壓，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，使得超聲波在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學、軍事等眾多方面都有著極其廣泛的應用。 超聲波傳感器測距原理超聲波因其指向性強，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播距離遠等特點，而經(jīng)常用于進行各種測量。如利用超聲波在水中的發(fā)射，可以測量水深、液位等。利用超聲波測距，使用單片機系統(tǒng)，設計合理，計算處理也較方便，測量精度能達到各種場合使用的要求。超聲波測距的原理是利用超聲波在空氣中的傳播速度為已知，測量聲波在發(fā)射后遇到障礙物反射回來的時間，根據(jù)發(fā)射和接收的時間差計算出發(fā)射點到障礙物的實際距離。有次可見，超聲波測距原理與雷達原理是一樣的。測距的公式表示為（）L=CT （）式中L—為測量的距離長度；C—為超聲波在空氣中的傳播速度；T—為測量距離傳播的時間差（T為發(fā)射到接收時間數(shù)值的一半）。超聲波測距主要應用于倒車提醒、建筑工地、工業(yè)現(xiàn)場等的距離測量，雖然目前的測距量程上能達到百米，但測量的精度往往只能達到厘米數(shù)量級。由于超聲波易于定向發(fā)射、方向性好、強度易控制、與被測量物體不需要直接接觸的優(yōu)點，是作為液體高度測量的理想手段。在精密的液位測量中需要達到毫米級的測量精度，但是目前國內(nèi)的超聲波測距專用集成電路都是只有厘米級的測量精度。通過分析超聲波測距誤差產(chǎn)生的原因，提高測量時間差到微妙級，以及用LM92溫度傳感器進行聲波傳播速度的補償后，我們設計的高精度超聲波測距儀便能達到毫米級的測量精度。（℃，10℃至+85℃準確度為177?！?，I2C總線接口。用89C51的通用I/O端口能很容易的模擬I2C總線的讀寫時序,LM92的高精度溫度測量能很好的補償超聲波在不同溫度的傳播速度。） 超聲波測距誤差分析 根據(jù)超聲波測距公式L=CT，可知測距的誤差是由超聲波的傳播速度誤差和測量距離傳播的時間誤差引起的。當要求測距誤差小于1mm時，假設已知超聲波速度C=344m/s（20℃室溫），忽略聲速的傳播誤差。測距誤差s△t()≈,。在超聲波的傳播速度是準確的前提下，測量距離的傳播時間差值精度只要在達到微秒級，就能保證測距誤差小于1mm的誤差。使用的12MHz晶體作時鐘基準的89C51單片機定時器能方便的計數(shù)到1us的精度，因此系統(tǒng)采用89C51定時器能保證時間誤差在1mm的測量范圍內(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系。已知超聲波速度與溫度的關系如下：近似公式為：C=C0+T℃，式中：C0為零度時的聲波速度332m/s；T為實際溫度（℃）。對于超聲波測距精度要求達到1mm時，就必須把超聲波傳播的環(huán)境溫度考慮進去。例如當溫度0℃時超聲波速度是332m/s，30℃時是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℃的聲速測量100m距離所引起的測量誤差將達到5m，測量1m誤差將達到5mm。 毫米波傳感器及其原理分析 毫米波的特點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：，可通過用被動方式探測物體輻射毫米波的強弱來識別目標。毫米波頻帶極寬，在四個主要大氣礦口35,94,140和220GHz中，可利用的帶寬分別為16,23,26和70GHz，每個窗口寬度都接近或大于整個厘米波段的頻帶，三個60、119和183GHz的吸收帶，也具有相當寬的頻帶。，方向性好，有極高的分辨率。，測量精度高，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)動能級有關的特性在毫米波段沒有相應的譜線，因而噪音小。由于以上的特點，毫米波技術的應用范圍極廣，在雷達、通信、精確制導等軍事武器上有越來越重要的作用，在遙感、射電天文學、醫(yī)學、生物學等民用方面也有較廣泛的應用。因此，近幾十年來毫米波技術的發(fā)展十分迅速。 毫米波輻射計及其原理在設計毫米波近感探測裝置是，工作頻帶應選擇在大氣窗口內(nèi)，近感探測裝置探測距離一般可以達幾米至幾百米。特別對于幾十米以下的近距離探測，主動毫米波探測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。對于被動式毫米波輻射計，如果專門測量某氣體溫度時，應選擇非大氣窗口。物體在一定溫度下都要輻射毫米波，主動式輻射源通過天線向外輻射毫米波。當毫米波到地面或空中其他物體時，將產(chǎn)生反射、散射、吸收、折射等。當電磁輻射以平面波形式傳播到一平坦的表面時，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，毫米波輻射計利用地面目標與背景之間毫米波輻射的差異來探測及識別目標。毫米波輻射計實質(zhì)上是一臺高靈敏度接受機，用于接受目標與背景的毫米波能量。信號處理器視頻放大器檢波器發(fā)火控制信號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原理圖 多傳感器融合理論簡介 多傳感器融合基本原理充分利用多個傳感器資源，通過對這些傳感器及其觀測信息的合理支配和使用，把多個傳感器在空間或時間上的冗余或互補信息依據(jù)某種準則來進行組合，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)融合的時間性和空間性。數(shù)據(jù)融合的時間性：數(shù)據(jù)融合的時間性表示按時間先后對觀測目標在不同時間觀測值進行融合，利用多傳感器在不同時間的觀測結(jié)果進行數(shù)據(jù)融合時需要考慮數(shù)據(jù)融合的時間性。數(shù)據(jù)融合的空間性：數(shù)據(jù)融合的空間性表示對同一時刻不同空間位置的多傳感器觀測值進行數(shù)據(jù)融合。利用多傳感器在同一時刻的觀測結(jié)果進行數(shù)據(jù)融合時，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，當前傳感器要接受前一級傳感器的輸出結(jié)果，每個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傳感器輸出的信息形式有很大關系，最后一個傳感器綜合了所有前級傳感器輸出的信息，其輸出為串行融合系統(tǒng)的結(jié)果。：在融合時，每個傳感器直接將各自的輸出信息傳輸?shù)絺鞲衅魅诤现行?，各傳感器之間沒有影響，融合中心對各信息按適當方法綜合處理后，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