地下探测技术：窥探地下

为对付地下目标，美军加紧研制钻地弹，但问题是，重要的地下设施特别是核设施及指挥所等要塞，一般都受到高度重视，往往加以巧妙的隐蔽和伪装，用常规的侦察手段难以发现，尤其是不易获得详细的相关技术信息，使得先进的钻地武器找不到用武之地。在此种情况下，地下探测技术获得了迅猛发展，尤其是美军，在美国国防先期研究计划局（OARPA）的支持下，采用高科技手段发现地下设施的研究工作取得了很大进展，计划命名为“反地下设施”计划。

“反地下设施”计划最初侧重于声学、地震和电磁无源监视（PASEM）系统，研制出了地面传感器系统的样机。样机设计结合了新的传感器技术、先进算法和信号处理技术，可以提供网络节点阵列监视和判别信号特征。试验表明对于高性能传感器影响较大的并不是自身的噪声和风噪而是真实环境中的杂波。样机还检验了一些有发展前途的技术概念如耦合地震检波器、高灵敏度传感器及其噪声处理、基线相干大信号处理、非视距通信等。该系统遵从简单微型传感器的技术理念，力争做到传感器节点更多、更容易部署。

在“反地下设施”计划第二阶段的“低空机载传感器系统”（LAASS）研究中，侧重于在战术要求的时间内发现地下设施的能力，以便在嘈杂的城市战场也能快速进行大范围的搜寻和成像，以弥补地面传感器的不足。LAASS系统具有大孔径和高机动性，可以飞行潜入敌方领土，发现未知的地下设施入口，并且“描绘”出地下设施的布局和连接情况。为了实现这一点，首先要使传感器能够区分无人机机身和发动机发出的震动噪声与声学信号，使用的传感器包括高灵敏度电磁传感器、高频压差计、声学传感器及重力传感器；其次是如何利用好低噪声传感器的输出信号，来解决电子部件等的电磁反演问题。

“声学、地震和电磁无源监视系统”与“低空机载传感器系统”侦察大型地下设施，主要是利用了地下设施的明显的地震痕迹以及设施中电力、通风和设备辐射出的声学和电磁信号，利用这些蛛丝马迹来发现地下设施。而对于一些小型“老鼠洞”之类的地下设施，就没有这些信号可以利用了。发现这些地下设施，须通过对信号的时间、空间关系进行综合关联，从背景杂波中加以筛选。美国国防先期研究计划局正在研究对大范围地区进行快速扫描的新方法，以高概率、低误差地发现这些“老鼠洞”。

同时，利用主动探测技术（如利用声呐发现水下洞穴乃至探测潜艇）可以对不辐射信号的地下设施进行探测。近一个世纪以来主动探测技术在地球物理探测界稳步推进，通过遥测地质学的精细特征可以发现矿藏、石油和其他资源。在这些技术基础上，地基和机载的电磁探测系统通过诱导极化、电阻变化、磁—地成像等技术途径，揭示地球导电系数和介质成分的细微变化；通过记录地震波、电磁波和准静态场对它们所处介质（如不同类型的土壤、岩石、空气及盐分）的影响可以知悉地面以下的情况。这些原理当然也可用于军事上探测地下设施。难点在于研制小型化的地球物理和石油探测设备，这些设备采用的技术包括地震反射、折射和垂直地震测深，以及X射线断层摄影术。类似的测量技术已经广泛应用于医学界，如胎儿和心脏的超声波成像、计算机化的X射线层析摄影、核磁共振成像、正电子X射线断层摄影等等，能详细揭示出人体内部结构及其病变。按此设想，这些原理也可用于地下设施探测。但难点是，现有的地球物理成像技术是入侵式的，搜寻速率很慢，在大多数情况下，要使传感器及其电源尽可能接近需要扫描的地区。这在战时来说，是很危险的。

如果借助地球物理成像技术寻找“老鼠洞”的技术获得成功，那么搜查范围将不再局限于点而是可以扩大到面，像藏匿违禁物的地下仓库，恐怖分子的地下巢穴等。要达到这一目标，需要研制可移动的、能大密度覆盖大范围地区的视距外传感器，还要区分地下通道与周围材料在回波信号上的差别，就像在暗处照相需要闪光灯一样。地球物理成像也要依靠辐射源来“照明”——不仅可以用主动发射电磁波的信号源，还可以借助周围已经存在的环境电磁波（如调幅收音机信号、罗兰导航系统的传输信号，以及用来与潜艇进行远距离通信的低频、超低频和极低频信号），甚至还可以利用自然界中存在的地球—大气电磁噪声。

在地震技术方面，自然界的地震活动、车辆的振动、炸药的爆炸甚至音爆都可以作为无源探测的震波源。在侦察通道或洞穴时，可以利用人为布放的或寄生的有源探测器而不必依赖由于人群的活动而辐射出来的信号。另外，“空无一物”的通道与洞穴与周围环境在重力场梯度上有差别，可以用“低空机载传感器系统”中的重力压差计来探测这种差别。

可移动视距外探测系统能够支持上面提及的电磁地震和重力压差计技术，要做的工作是实现传感器和平台的有效结合，以及在敌方进行有效部署。另外还要发展对可见光图像和红外超级光谱传感器图像进行处理的技术，利用先进的算法对获得的图像进行时间—空间相关分析。例如研究洞穴进出口和通道口的气体与温度湿度、大气压力等变化因素的关系。

原理就是上述这些，但要真正能发现这些地下小型设施，还要做好以下几点：首先，是连续的监视。即在一定的时间段内进行不间断观测，通过获得的一系列照片来发现细小的变化。例如，用红外广角相机拍摄的照片记录一天内空气温度、大气压力的变化，然后把每一个坐标点（或照片的像素点）与大气压力时间进行交叉相关便可以发现细微的局部异常，从而判定通道或洞穴的入口。这就要求有连续拍摄的传感器和生存能力强的平台加以支持。同样通过对人类活动引起的变化及其周期的关联可以从统计学的角度揭示异常的可疑活动，从而发现通道或洞穴门。其次，进行对比监视。在实施时，先要可靠地绘制背景杂波（包括自然发生的和人为制造的）的统计学图像，以便通过对比来发现新出现的异常特征。这对于电磁扫描和重力坡度测量技术都至关重要，它们都要分析环境中的细微变化。有了精确而详细的空间杂波背景图之后就可以使用相匹配的滤波器进行特征探测，通过地下设施与周边物质之间在相位和极化上的差别来知晓地下空间的大小和形状。而关键的关键是研制可以大量获取背景和异常情况数据，可以快速和隐蔽地进行探测的传感器系统，包括可以提供无缝隙、广域覆盖的高机动传感器，或者是高分辨率的广角传感器。最后，要对观察到的各种现象进行综合分析，以提高探测精度、减少虚警率。例如，如果地道足够大或它的入口多，常常会由于气团较轻而产生重力异常，由于绝缘和导电性的差别而产生电磁散射，甚至在地道出口或整个通道出现温度和水蒸气异常，还有可能发现地道上面或出口周围植物发出的超光谱或电磁信号。