光纤技术在防空预警系统中的应用
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光纤军事领域的应用【摘要】通过大学物理实验光纤专题实验的学习和操作,对光纤有了初步了解。
为更加全面深入了解光纤的应用,我就光纤在军事方面的应用展开了解。
随着光纤的不断发展,在军事领域展现出越来越重要的应用前景。
主要介绍了光纤技术原理及优势,重点探讨了光纤技术在军事领域的应用。
【关键词】光纤;军事领域;应用【Key words】High—power;fiber laser;military field;pplication 1 引言由于光纤作为一种传输媒质,与传统的铜电缆相比具有一系列明显的优点,因此,自70年代以来,光纤技术不仅在电信等民用领域取得了飞速的发展,而且因其抗电磁干扰、保密性好、抗核辐射等能力,以及重量轻、尺寸小等优点,使它也得到了各发达国家政府和军方的重视与青睐。
在美国,三军光纤技术开发活动的计划项目分成五大部分:有源和无源光元件、传感器、辐射效应、点对点系统和网络系统。
由三军光纤协调委员会进行组织,每年投资为5千万美元。
在面向21世纪的今天,美国国防部已把“光子学、光电子学”和“点对点通信” 列为2010年十大国防技术中的两项。
其中光纤技术占据着举足轻重的地位。
这预示着美国等西方国家对光纤技术军事应用的研究将全面展开并加速进行。
而各项先期应用及演示、验证表明。
21世纪的军事通信和武器装备离开了光纤技术将无“现代化”或“先进”可言,在未来战争中将处于被动挨打的局面。
2 大功率光纤激光器所谓光纤激光器就是利用稀土掺杂光纤作为增益介质的激光器。
大功率光纤激光器由于广泛采用了包层泵浦技术,无论在光束质量、工作效率、结构体积和系统维护等方面,与同等功率水平的传统激光器相比,均占有明显的优势。
一是光转换效率高。
光纤激光器独特的波导式结构设计,减少了不必要的能量损失,因而有潜力达到最高效率。
目前光纤激光器的效率是60%一80%,而其他激光器报导的最大效率只有50%左右。
二是输出高功率及输出稳定性好。
光纤通讯技术的特点及应用光纤通信技术是将信息以光信号的形式传输的一种通信技术。
它具有以下特点:1. 大带宽:光纤通信传输速度快,带宽大,一根光纤可以同时传输大量的数据信息。
光纤的传输速度通常可达到每秒数十亿比特。
2. 高速传输:光信号传输速度非常快,光信号传输速度约为光速的3×10^8m/s,远远超过了其他传输介质。
3. 低损耗:光纤通信具有较低的信号衰减和损耗。
由于光纤具有很好的透光性能,光信号可以在光纤中长距离传输而不会损失很多能量。
4. 抗电磁干扰:光纤通信不受电磁场的干扰,光信号可以在高电压、高电流的环境中稳定传输。
5. 安全性高:光纤通信不会产生电磁辐射和电磁泄漏,难以被窃听、干扰和破坏,信息传输更加安全可靠。
光纤通信技术具有广泛的应用领域,包括但不限于以下几个方面:1. 电信行业:光纤通信技术在电信行业中的应用非常广泛。
光纤通信可以大幅提高通信容量和速度,并且可以适应高速宽带网络的发展。
光纤通信设备已成为电话、移动通信、广播电视等网络传输的重要基础设施。
2. 互联网:光纤通信是互联网的重要支撑技术。
互联网的数据传输主要依靠光纤通信网络。
光纤通信的高速传输和大容量特点可以满足用户对高速、大带宽的需求,支持在线视频、在线游戏等大流量应用。
3. 医疗领域:光纤通信技术在医疗领域有着广泛的应用。
医疗光纤可以用于激光手术、内窥镜、光学成像等医疗仪器设备中,实现对人体内部的显微观察和操作。
4. 环境监测:光纤通信技术可以用于环境监测,比如通过光纤传感器可以实现对大气中的温度、压力、湿度等参数的实时监测,便于环境管理和控制。
5. 工业自动化:光纤通信可以应用于工业自动化控制系统中,实现远距离、高速传输。
例如,在电力系统中,光纤通信可以用于电力监测、保护、故障检测等方面。
6. 军事领域:光纤通信技术在军事领域也有广泛的应用。
军事通信需要快速、安全、可靠的传输方式,光纤通信正好满足这些需求。
光纤传感技术在交通与安全领域的应用在当今科技飞速发展的时代,各种先进技术层出不穷,为我们的生活带来了诸多便利和保障。
其中,光纤传感技术作为一项具有创新性和实用性的技术,在交通与安全领域发挥着日益重要的作用。
光纤传感技术是一种基于光在光纤中传播时的特性变化来感知外界物理量的技术。
它具有许多独特的优点,如高精度、高灵敏度、抗电磁干扰、耐腐蚀、可远距离传输等。
这些优点使得光纤传感技术在复杂和恶劣的环境中仍能保持稳定可靠的工作状态,非常适合应用于交通与安全领域。
在交通领域,光纤传感技术在桥梁健康监测方面表现出色。
桥梁作为交通基础设施的重要组成部分,其结构的安全性和稳定性至关重要。
通过在桥梁中布设光纤传感器,可以实时监测桥梁的应变、位移、振动等参数。
当桥梁受到车辆荷载、风荷载、地震等作用时,光纤传感器能够迅速感知到这些变化,并将数据传输到监控中心。
工程师们可以根据这些数据评估桥梁的健康状况,及时发现潜在的安全隐患,并采取相应的维护和修复措施,从而确保桥梁的安全运行,延长其使用寿命。
高速公路的车流量监测也是光纤传感技术的一个重要应用场景。
传统的车流量监测方法往往存在精度不高、易受环境干扰等问题。
而光纤传感技术可以通过在路面下埋设光纤传感器,精确地检测车辆的通过情况,包括车速、车型、车流量等信息。
这些数据对于交通管理部门优化交通信号灯控制、合理规划道路资源、缓解交通拥堵具有重要的参考价值。
此外,光纤传感技术在铁路轨道监测中也发挥着重要作用。
铁路轨道在长期的使用过程中,容易出现磨损、变形等问题,严重影响列车的运行安全。
利用光纤传感器可以实时监测轨道的温度、应力、位移等参数,及时发现轨道的异常情况,为铁路部门进行维护和检修提供科学依据,保障列车的安全平稳运行。
在交通安全领域,光纤传感技术在隧道火灾监测方面具有显著优势。
隧道是交通事故的高发区域,一旦发生火灾,后果不堪设想。
光纤传感器可以沿着隧道壁布设,对隧道内的温度、烟雾浓度等参数进行实时监测。
1、概述1.1 光传操纵系统产生的背景·电传操纵及其缺陷目前新一代高性能军用、民用飞机上已广泛采用电传操纵系统(FBW:Fly-By-Wire),电传操纵系统的优点是明显的,减轻了操纵系统的重量,减小了体积,提高了飞机操纵系统的可靠性、生存性,大大改善了飞机的操纵品质。
但电传操纵系统也有其自身的缺陷,其中最主要的是它不能防御雷电、电磁干扰(EMI:Electro Magnetic Interference)和电磁冲击(EMP: Electro Magnetic Pulse)等。
为了解决飞行控制系统的可靠性问题,现代飞机普遍采用多余度技术,无论采用多少重余度均不能防止雷电等干扰在信号传输线和电子器件中产生冲击电流和感应电压,使电传操纵系统烧毁或不能正常工作。
未来的飞机期望用复合材料代替现在使用的铝合金,这对于减轻飞机的重量、提高飞机机动性是极有利的,可减少飞机总重的15%~40%,但作为飞机蒙皮的铝合金外壳起着屏蔽罩的作用,它可以大大减轻飞机遭雷击等电磁干扰时对飞控系统的影响。
铝合金材料应用的减少甚至被复合材料完全替代意味着上述屏蔽作用的削弱乃至消失。
另外,现代飞机上电子设备日趋复杂,性能要求越来越高,飞机的大型化使各硬件间的距离又相当远,因而采用电传操纵系统进行信号传输必然导致电缆用量大增,线路布局复杂,不仅使飞机重量增加,而且也增加了各线路间串扰、地环流的相互影响。
·光传操纵的提出本世纪六十年代,英国标准电信研究所华裔科学家高锟(C.K.Kao)博士首先预言光导纤维用于信号传输的前景。
1970年美国康宁(Corning)公司研制成功20dB/km的低损耗光纤,正式揭开了光纤通信的序幕。
1975- 1 -年,2dB/km的低损耗光纤被开发成功,接着在1979年,被认为是接近理论极限值0.2dB/km的低损耗光纤再度开发成功。
从此光纤通信技术得到了飞速发展。
把光纤传输技术引入到飞行控制系统的信号传输,产生了光传操纵系统(FBL: Fly-By-Light)〖1,3〗。
光纤振动监测预警系统[1],可以对管道沿线的土壤振动情况进行长距离实时无缝监测,通过精确的振动信号分析,对破坏事件做出准确的目标定位。
1 系统工作原理分布式光纤振动传感器是分布式光纤传感的一个重要分支,利用光波在光纤中传输时相位、偏振等对振动敏感的特性。
分布式光纤安全预警技术基于相干瑞利原理[2],通过采用扫描方式对管道沿线的振动信号进行检测,当光脉冲传播到受外界振动信号作用的光纤段时,其后向瑞利散射回到探测器的光信号也会产生变化,通过检测这种变化就可以检测出管道沿线的振动情况,并能精确定位,其定位距离2C tL ×=。
图1 检测原理图式中:L—振动距离起点的距离;C—光传播速度;t—光脉冲发出后遇振动再反射回来接收到的总时间2 系统组成2.1 硬件系统分布式光纤预警系统[3]硬件构成主要有:光纤、信号采集与处理系统、激光光源、脉冲发生器、光波调制解调器等。
其中,光纤与管道同沟敷设,作为分布式传感器。
2.2 软件系统系统软件由三个独立进程组成:数据采集进程、数据处理进程、用户界面进程。
(1)数据采集进程 :负责控制硬件设备采集数据信号。
(2)数据处理进程: 负责将数据采集进程采集到的数据信号进行处理。
(3)用户界面进程: 负责将数据处理进程发送的处理结果进行图表化,并且清晰准确的展示给用户。
主要包括:事件报警视图,事件定位模块,事件报警光纤振动监测预警系统在油气长输管道中的应用张占源 张超 文小斌 长庆油田分公司第一输油处 陕西 西安 710000 摘要:油气管道已经成为石油、天然气最重要的运输工具,一旦发生泄漏,极易发生火灾、爆炸等恶性事故。
以靖咸管道为例,介绍了一种基于相干瑞利原理的光纤安全预警实时监测系统。
通过对管道沿线土壤振动信号的智能分析,判断出威胁管道安全的破坏事件,对目标进行精确定位和准确报警,从而实现对管道的安全预警。
关键词:油气管道 相干瑞利 光纤振动 实时监测 安全预警及报警信息处理模块,事件发展过程瀑布图。
光纤定位原理引言:光纤定位是一种利用光纤传输信号并通过测量光信号的延迟来确定位置的技术。
它被广泛应用于各种领域,如室内定位、无线通信、安防监控等。
本文将介绍光纤定位的原理及其应用。
一、光纤定位的原理光纤定位的原理基于光信号的传输速度与距离成正比的特性。
当光信号沿着光纤传输时,它会以光速的速度传播,而光的传播速度是已知且恒定的。
因此,通过测量光信号在光纤中传输的时间延迟,可以计算出信号传输的距离。
光纤定位系统通常由发射器、光纤、接收器和处理单元组成。
发射器会发送出一个脉冲光信号,光信号会沿着光纤传输到达接收器。
接收器接收到信号后,会测量信号的延迟时间,并将其传输给处理单元进行计算。
二、光纤定位的应用1.室内定位光纤定位技术在室内定位领域有着广泛的应用。
通过在建筑物内部铺设光纤,并安装发射器和接收器,可以实现对人员和物品的精确定位。
这对于室内导航、人员追踪、安全监控等方面都具有重要意义。
2.无线通信光纤定位技术还可以应用于无线通信系统中。
通过在基站附近布置光纤定位设备,可以实现对无线终端设备的定位。
这样可以提高无线通信系统的容量和覆盖范围,并提供更精确的定位服务。
3.安防监控光纤定位技术在安防监控领域也有着广泛的应用。
通过在摄像头附近布置光纤定位设备,可以实现对监控区域内的人员和物品的定位。
这对于安防监控系统的精确报警和追踪起到了重要的作用。
三、光纤定位的优势与传统的定位技术相比,光纤定位具有以下优势:1.高精度:光纤定位技术可以实现亚米级的定位精度,远远超过其他定位技术。
2.抗干扰性强:光纤定位技术对电磁干扰和多径效应的影响较小,保证了定位的稳定性和准确性。
3.大容量:光纤传输带宽大,可以同时支持多个定位设备的工作,满足大规模定位需求。
4.隐私保护:光纤定位技术不需要获取个人隐私信息,保护了用户的隐私权。
结论:光纤定位技术基于光信号的传输速度与距离成正比的原理,通过测量光信号的延迟来确定位置。
它在室内定位、无线通信、安防监控等领域具有广泛的应用。
关于光纤通信中光缆自动监测技术的应用分析随着光纤通信技术的不断发展,对光缆网络的稳定性和可靠性要求也越来越高。
为了确保光缆网络的正常运行,光缆自动监测技术应运而生。
光缆自动监测技术通过对光缆网络进行实时监测和故障诊断,可以提供精确的故障定位和快速的故障修复,从而保障光纤通信的稳定和可靠性。
一、光缆自动监测技术的基本原理光缆自动监测技术利用现代传感器技术和信号处理技术,对光缆网络的光功率、温度、应变等关键参数进行实时监测。
监测系统通过分析这些参数的变化情况,可以判断光缆网络的工作状态是否正常,并自动发出警报信号或者进行故障诊断和修复。
具体而言,光缆自动监测技术主要包括以下几个方面的内容:1.光功率监测:利用光功率传感器对光缆中的光功率进行实时监测,可以判断光源的工作状态、光纤连接的质量等。
如果检测到光功率异常,可以自动发出警报并迅速进行维修。
2.温度监测:利用温度传感器对光缆中的温度进行实时监测,可以判断光缆的环境温度是否过高或过低。
如果温度超过了正常范围,可以及时采取措施,避免光缆的温度过高影响其性能。
3.应变监测:利用应变传感器对光缆中的应变进行实时监测,可以判断光缆的机械应力是否过大。
如果检测到应变过大,可以及时采取措施,避免光缆因为机械应力过大造成断裂。
4.故障定位:通过对光缆中各个节点的实时监测数据进行分析,可以定位故障出现的位置。
这对于故障的快速定位和修复非常重要,可以极大地减少网络中断的时间。
二、光缆自动监测技术的应用场景1.光缆网络的监测与维护:光缆网络覆盖范围广,传输速率高,一旦发生故障,对通信的影响很大。
光缆自动监测技术可以对光缆网络进行实时监测,当发生故障时自动发出警报信号,通知维护人员及时进行修复,提高网络的稳定性和可靠性。
2.光缆网络的安全监控:光缆承载了大量的通信数据,一旦光缆被非法破坏或者入侵,对通信的安全会产生很大的威胁。
光缆自动监测技术可以监测光缆的温度、应变等参数,一旦发现异常情况,可以通过立即发出警报信号来保护光缆的安全。
光纤通信技术在配网自动化中的应用摘要:随着电力行业的快速发展和智能化需求的日益增长,配网自动化成为了电网建设的重要方向。
光纤通信技术以其高速、大容量、抗干扰能力强等优势,在配网自动化中发挥着举足轻重的作用。
通过将光纤通信技术应用于配网自动化,可以实现电网数据的实时传输、监控与分析,提高电网的运行效率和安全性。
因此,深入研究和探讨光纤通信技术在配网自动化中的应用,对于推动电网智能化发展具有重要意义。
关键词:光纤通信技术;配网自动化;应用1光纤通信技术的原理与特点1.1光纤通信的基本原理光纤通信,顾名思义,是利用光波作为信息载体,在光纤中进行传输的通信方式。
其基本原理涉及光的传输、调制与解调等关键过程。
首先,光的传输是光纤通信的基础。
光纤通常由纤芯、包层和护套三层组成。
纤芯是光传输的主要通道,由高纯度的玻璃或塑料制成,具有极小的折射率。
当光波在纤芯中传播时,由于纤芯与包层之间的折射率差异,光波会被限制在纤芯内传播,形成全反射,从而实现远距离的光传输。
调制是光纤通信中的另一个重要环节。
调制是将信息转换为光信号的过程。
在光纤通信中,信息通常以电信号的形式存在,需要通过调制器将其转换为光信号。
调制方式有多种,如振幅调制、频率调制和相位调制等。
这些调制方式根据信息内容的不同,将电信号转换为对应的光信号,从而实现信息的传输。
解调则是调制的逆过程,即将光信号还原为原始的电信号。
在光纤通信系统中,解调器接收光信号,通过相应的解调方式,将光信号转换回电信号。
这样,接收端就可以获取到发送端发送的信息内容。
1.2光纤通信的主要特点光纤通信具有一系列显著的特点,使其在通信领域具有广泛的应用前景。
首先,光纤通信具有极高的带宽。
光纤的传输带宽远高于传统的电缆或无线传输方式。
这意味着光纤能够传输更多的信息,满足现代通信对大数据量、高速率的需求。
同时,光纤的带宽还具有可扩展性,随着技术的进步,光纤的传输容量有望进一步提升。
其次,光纤通信具有低损耗的特点。
光纤技术在防空预警系统中的应用3唐 璜① 赵 栋② 章 骅③ 贾 波④①副教授,②讲师,③硕士,④教授,复旦大学材料科学系,上海200433
3973计划课题(2010CB327805);863计划课题(2008AA040207);科技部创新方法工作专项项目(2009IM032900)关键词 光通讯网 防空预警系统 防空声探测
笔者提出基于光纤语音探测技术,构建防空声探测系统,并通过既有的通讯光缆网络组网形成广域的防空声探测体系。通过实验验证了单个防空声探测系统的探测性能,并探讨了通过通讯光缆组网形成的多点(两点)声探测体系的可行性。
1应用背景近年来,伴随着欧美国家在军事领域科研技术的飞速发展,新的技术装备不断投入现役。无论是1990年的沙漠风暴,1998年的北约对南联盟的轰炸,还是2007年美国的第四代战机F-22入驻冲绳,并将在未来部署关岛,美国先进技术装备对以有源雷达为主体构建的传统防空体系形成的压倒性优势,对于中国现有的国土防空体系建设,不仅仅是启示,更多的是直接的、严峻的挑战。
1.1现有防空体系面临的新挑战(1)隐身飞机 隐身飞机是广泛采用低可探测技术或目标特征控制技术的飞机。它不易被传统性能参数的有源雷达和红外探测系统发现,具有较强的隐蔽性、生存力和较高的作战能力。(2)无人机 无人机是欧美等国2009年航空技术
发展的重点。无人机一般体积很小,其发动机的功率也很小,因而其红外探测特征很弱。由于无人机大多采用非金属复合材料,电磁隐身和光隐身技术,雷达反射截面可以设计得很小。此外,2009年发展的反辐射无人机在对方防空体系雷达开机后,其发射的电磁波会引导反辐射无人机进行攻击。(3)巡航导弹 巡航导弹的最大特点就是可以超低
空巡航,实际上也是借助超低空隐身。普通的地面雷达不适于探测巡航导弹,所以在近20年的多次战争中,美军大量使用巡航导弹,获得巨大成功。巡航导弹超低空飞行,极大地缩减了地面雷达和防空武器发现与拦截它的半径。由于地球曲率遮蔽,地面雷达探测巡航导弹的半径一般不足20km,地面目视发现巡航导弹的半径—般不足2km,这就降低了防御者发现和拦截的成功率。因此,传统的防控体系难以发现、跟踪和确定巡航导弹。(4)直升飞机 直升飞机在军事上用途极为广泛,尤其是进行渗透、潜入等秘密行动时,直升机能够依靠超低空飞行有效规避雷达和普通光电观瞄设备的探测。在战场上,停留在“一树之高”的武装直升机,同样通过低空特性,具有相对突出的隐蔽性。1.2现有防空体系的不足现有的国土防空体系,主要基于各种依赖电磁波探测的有源雷达。这是一种自身定向辐射出电磁脉冲照射目标,进行探测、定位和跟踪的传统雷达。在当前新的对抗形势下,其不足之处在于:(1)对于上述多种新型“隐身”航空器或采用低空、非金属材料制造等技术反制手段的航空器,难以有效探测。(2)有源雷达发射的电磁信号会被敌方发现,引来“杀身之祸”。即便通过一些新技术手段减少被发现概率、增加对方攻击的难度,但其有源方式决定了这样的对抗必然是一个阶段性循环发展的矛盾之争。(3)虽然近年来,在传统有源雷达这一技术体系,开发了长波雷达、多基地雷达等新的技术,但目前均存在定位精度差、技术复杂、研制周期长、难以大量装备等困难。最重要的一点是既有的以分立的雷达台站和有源元器件为主构建的国土防空体系,实现“新三防”,即防精确打击、防电子干扰、防侦察监视,困难很大。在敌军强大的电磁干扰和压制下,所有发出雷达波的主动式雷达可能都已失灵。同时,在架设电力输运系统被破坏的情况下,现有基于电力的防空体系,势必也将受到严重影响。概而言之,各种有源雷达难以探测隐身目标,难以
ChineseJournalofNature Vol.32No.1
Progress04探测无人机、巡航导弹等低空目标。同时,在强大电子干扰和压制下,有源雷达面临重重应用限制。1.3无源雷达及其不足当前防空体系一个新的技术发展方向是开发以无源雷达为主的被动式探测手段。正是由于传统有源雷达防空体系存在的种种不足,使得人们开始研究自身不辐射电磁波的新体制雷达。这种借助非协同外部辐射源进行探测和定位的被动式雷达,就是无源雷达。按照目前的定义,无源雷达是一种不用发射机发射能量而靠接受温热物体或他源反射的微波能量探测目标的雷达。它有天线和灵敏度极高的接受装置。无源雷达鉴别目标的能力主要取决于目标之间的表面温差和目标的反射系数,天线波束与目标之间的入射余角,无线极化和波束宽度与接受机的最小可检测电子等。对于以红外、微波、可视光为主要隐身目标的现代隐身战机,如F22,F35战斗机和B2轰炸机而言,无源雷达是有效的探测工具。国际上已经装备的无源雷达有捷克的维拉系列和美国新近开发装备的“沉默哨兵”,具备了对远距离上的隐身战机侦测、跟踪和定位的功能。这一类基于电磁波检测的无源雷达也存在一些不足。(1)上述的几种无源雷达技术复杂,研制成本高,尤其是主要器件需要到国外购买,严重受制于复杂的国际政治环境,且现有各种装备都存在先天不足的缺陷。(2)这一类无源雷达,虽然本身不发射电磁波,但其基本原理仍然基于电磁波探测,在强烈的电磁干扰和压制下,同样难以有效探测和识别监控目标。(3)这一类无源雷达,其构成体系仍然是数台/套雷达(一般三台或更多)构成的简单阵地,仍然是分立的、点状的体系结构。相对广泛布置甚至实现“分布式布置”的传感体系,其被破坏、被攻击的概率较大,且破坏、攻击实施难度相对较小。2声探测防空技术介绍2.1声探测方式实现防空的基本依据各种动力飞行器在大气中飞行,动力源必然会产生噪音。无论战斗机的涡扇、涡喷发动机,无人机的涡扇、涡桨发动机,活塞发动机,导弹的火箭发动机,直升机的螺旋桨,均具有一定的噪音。同时,空气流过飞行中的飞机表面也会形成噪声源(气动噪音)。各国年开发的隐身技术,主要针对微波、可见光、红外光,在声音降噪上做得不多。以战斗机为代表的军用飞行器,与民航机不同。军用飞行器要优先保证的是飞行性能。由于降噪消声带来的重量增加、技术复杂度提高,均使得现有的军用飞行器难以实现声音上的“隐身”;而民用机在整体噪音要求上,必须符合严格的民航噪音规定和准则,方可投入使用。一些轻小飞行器,如无人机、巡航导弹,甚至直升机,则由于航道低矮,
多采用低空飞行,其噪音同样可被地面声传感体系捕获,这就为开发新的防空技术体系提供了依据。如果能够及时地探测声源,利用声源定位技术,对噪声进行分析、处理,找出其主要特征,就可以通过被动声检测实现防空。
2.2声探测技术在防空中的历史应用其实,采用声探测技术用于防空,是个典型的“旧瓶装新酒”。在各国防空史上,最早采用的防空手段正是声音传感。早在第一次世界大战中出现的,人类最初的“高科技”防空探测设备,就是听音器。它通过探听飞机的声音来发现敌机,并引导战斗机和高炮拦截。显然,飞机几乎不可能无声飞行。所以,当时很多人以为,面对这样的“防空系统”,未来空中攻击将难以发挥其威力。但不久后,攻击一方努力降低飞机噪声,增加飞行高度,最早实现了飞机“隐身”。飞机完全隐身,那是绝对不可能的。最初所谓的飞机隐身,只是缩短防守方听音器和人
图 二战中使用的一款听音器耳发现飞机的距离,让对手措手不及罢了。雷达发明以前第一个实用化的夜间远距离探测飞机的方式,也是通过收音器听飞机发动机的噪音。收音器可以把声音聚集,因此提高了探测的距离。收音器的位置帮助操作人员确定目标的方位。图1是二战中使用的一款听音器。一个操作人员通过左右两个收音器确定目标的方位,另一个操作人员则通过上下两个基本点收音器确定目标的高度。当操作人员调整这个大的收音装置
自然杂志 32卷1期科技进展
20091
14时,他们的方位和高度信息会产生电信号,并通过同步设备传输到探照灯控制站或者直接传输给探照灯。在1940年,典型的防空用听音器能够实现对最远达二三十公里外空域飞机的监控。到了二战期间,由于飞机的性能迅速改进,飞行速度大大提高,听音器难以发挥作用了。1935年6月,世界上第一部雷达在英国诞生了,防空作战进入新的历史时期。一般来说,听音器被放弃的原因有如下几个:①探测距离有限,难以精确定位。在那个年代,光机电技术极为原始,集成电路技术(IC)和信息技术(IT)尚未发展,听音设备均基于笨重原始的机械部件,距离短、定位粗糙。②信号识别技术落后。在没有信号分析、声纹识别技术,更没有数据库的年代,完全是依赖人耳进行判别,信号识别仅限于有无,极为不可靠。③正因为器件笨重、完全没有自动化的集成,系统难以大范围布设,只能局限于小区域,加上单个设备监控距离极为有限,这样一旦在探测距离远的雷达出现以后,听音设备迅速被淘汰。即便如此,听音器曾经在防空领域的运用,揭示了声信号探测用于防空的技术基础和基本可行性。同时,在二战时期,单个的听音器已经通过电缆连接组成听音阵地,形成了阵列化声传感的雏形。防空前沿的听音阵地,通过有线电话等方式连接防空指挥中心,也已构成简陋的防空网络,体现了网络化、系统化、集成化的原始形态。2.3国内外声探测技术发展概况近年来,伴随着光机电一体化技术、集成电路技术(IC)和信息技术(IT)的发展,以及信号分析识别处理技术的长足进步,声音传感技术在军事领域得到了广泛应用,主要表现在以下两方面:①水下声信号探测,也即水听器,以及由被动水听器阵列构成的被动声纳体系。在该领域,相关的信号分析、滤波处理、声音传递机理研究、声定向探测技术等,均已积累大量成熟技术知识。这些技术积累,尤其是信号分析识别技术,完全可以为声传感技术在其他领域,例如空间声波识别中的应用所借鉴。②空气中的声音探测技术,尤其是多个声传感器组阵形成的传声器阵列技术,成为研发热点。在民用上,目前传声器阵列系统已有许多应用,其中包括视频会议、语音识别、车载系统环境、大型场所的会议记录系统以及助听装置等。在军事应用上,美国、以色列率先将声探测技术用于战场狙击手侦测定位,并已经开发了成熟的系统,投入实战应用。这种声音传感系统能对狙击火力进行定位和分类,并提供狙击火力的方位角、仰角、射程、口径和误差距离。然后,军车上名为“通用遥控武器站”(CROWS)的炮塔就会借助热成像仪或昼间视频设备对
射击的源头进行主动识别和瞄准,从而将武器对准敌方枪手的方位。据悉,中国国内也已经成功开发出类似技术系统。这样一种技术已经具有推广于防空的一些基本功能,即探测、识别、定位、引导(防空系统)。用声音传感器进行空中目标,尤其先期定位于对超低空目标监控,
即使用声传感器采集飞行器发动机噪音,将其与事先预置的飞行器声音进行比较、识别、编码,然后向指挥控制中心报警。我们设想,如果能开发出基于声传感的防空系统,
则系统探测的不是枪口的爆破音,而是远距离飞机的噪音。要解决的问题,包括探测距离需要数量级的提高,