传感器技术：陆战场“暗哨”
军队的哨兵我们都比较熟悉，有流动哨，也有暗哨，不过我们今天介绍的“暗哨”可不是士兵扮演的角色，它是一种地面传感器。
地面传感器具有结构简单、便于携带、易于伪装、不受地形和气候限制等特点，可由飞机空投、火炮发射或人工设置，能够有效弥补雷达和光学侦察系统的不足，从而扩展了战场信息探测的时空范围。正因如此，地面传感器自诞生之日起就受到各国军队的青睐，目前已发展成为一个包括震动传感器、磁性传感器、声响传感器、红外传感器、压力传感器和扰动传感器等在内的大家族。
传感器是怎样扮演“暗哨”角色的呢？
震动传感器。也叫震动探测器，使用最为普遍。它主要是通过震动探头（也叫拾震器）捕捉人员或车辆活动所造成的地面震动信号来探测目标。战场使用时，可采用人工、火炮发射或飞机空投等方式，将其设在地表层，当人员或车辆经过附近时，传感器便将目标引起的地面震动信号转化为电信号，经放大处理后发给监控中心，进而进行实时的战场监测。震动传感器的主要优点有：探测距离远，通常可探测到30米以内运动的人员和300米以内行进的车辆；灵敏度高，具有一定的目标分辨能力，不仅可区分人为震动与自然扰动，并能辨别人员和车辆；耗电量小，自备电池可使用数月而无须更换；忠于职守，开启后可不中断地进行长期侦察与监视，不会漏掉目标。震动传感器的不足之处在于，其探测距离受地面土质变化影响较大，如果土质硬，则探测距离远；而土质软，探测距离就近；洼地、沟壕、水溪可以削弱甚至完全破坏震动传感器的探测功能。
声响传感器。是一种通过对运动目标所发出的声响信号进行接收、处理，实现侦察探测的侦察装置。声响传感器的探测器就是常见的“话筒”，能够把获取的声音信号转变为电信号发送给监控中心，再还原为声音信号，实现对目标的识别探测。声响传感器的最大优点是分辨力强，能准确分辨出人为声响和自然声响，并能根据人的话音，判明其国籍、身份和谈话内容，根据车辆的声响判断其种类。此外，声响传感器的探测范围也较大，可探测到40米以内人员的正常谈话和数百米以内车辆的运动。声响传感器的缺点是耗电量大，在实际使用时，为了能保持较长的工作时间，通常是在人工指令信号的控制下进行探测，或者与耗电量少的震动传感器配合使用，平时震动传感器处于工作状态，而声响传感器关机，一旦震动传感器探测到目标再启动鉴别目标能力强的声响传感器，相互取长补短，配合完成任务。目前，声响传感器的典型代表是美国陆军一种可悬挂在树上的被称作“音响浮标”的传感器，它的探测距离可达300～400米，接近人的听力范围。
磁性传感器。又名遥控电磁传感器，其探测器为一磁性探头。磁性探头工作时，能连续发出无线电信号，并在其周围形成一个静磁场，当铁磁性金属制品，如步枪、车辆等进入该静磁场时，就会感应出一个新的磁场，对原有静磁场造成干扰，引起磁指针的偏转摆动，产生一个电信号，进而实现对携带武器的人及车辆的探测。磁性传感器鉴别目标性质的能力较强，能区别徒手人员、武装人员和各种车辆；同时，对目标探测的反应速度也比较快，一般为2.5秒，可实时探测快速运动的目标。磁性传感器还有一个突出的特点，就是能适应各种条件下的战场探测，特别是适用于震动传感器难以探测的沼泽、岸滩、水网等地域。磁性传感器的缺陷是探测距离较近，对人员、轮式车辆、履带式车辆的探测距离分别为3～4米、15米和25米。
红外传感器。是一种能够感应目标所辐射的红外线，并将其转换成电信号后进行识别探测的侦察设备，通常分为有源式和无源式两种。有源式红外传感器的工作原理是，当人员或车辆通过传感器的工作区域时，传感器所发出的红外线即被切断，传感器被启动，同时监控站的警报器自动报警，以此来探测目标。无源式红外传感器的工作原理是，当目标发出的热辐射使传感器工作区域的温度发生变化时，传感器便被启动，这种装置非常灵敏，在15米的范围内，人的正常体温就足以将其启动。红外传感器通常被隐蔽地布设在需要监视的道路和目标区附近，可探测到视角扇面区20米以内的人员和50米以内的车辆。其主要优点是体积小，隐蔽性好，反应速度快，能探测快速运动的目标，还可探测目标运动的方向并计算出目标的大体数量，所以它是传感器系统中很重要的复合传感器。红外传感器的不足之处是只能进行人工布设，无辨别目标性质的能力，并且探测范围有限，只限于正对探测器的扇面区。
压力传感器。是一种使用最早、种类最多的传感器。早在20世纪60年代中期的越南战争中，美军就曾使用过许多压力传感器，其中以应变钢丝传感器和平衡压力传感器为主。随着科学技术的发展，震动磁性电缆传感器、驻极体电缆和光纤压力传感器等也得到了广泛应用。压力传感器的突出特点是虚警率低，目标信息判断准确，抗电磁干扰能力强，且反应速度快。但这种传感器只有当运动目标压过电缆时，才能发现目标。因此，探测范围与电缆的布设长度相等，通常只有30米左右，而且只能人工布设，在野战使用中有一定的局限性。
扰动传感器。是指传感器被移动或干扰时，能自动发出报警信号的探测器。例如一种名为“无声微型炸弹”的扰动传感器，外观像石头或树枝。当其被移动时，马上便会发出强大的无线电信号，向监控器发出警报。还有一种名为“守夜者”的扰动传感器，设置一根极细的金属线，当金属线被折断时，便立即向监控器报警。扰动传感器的特点是体积较小，反应速度快，可靠性高，并能较为准确地判别人员和车辆。但只能人工布设，并且只有直接接触目标时才能实施探测，因而具有一定的局限性。
随着科技的发展和实践应用的需求不断增多，传感器逐渐向微型化、低能耗、大数量、联网的趋势迈进。“灵巧尘埃”就是典型的分布式微型传感器网络，体现了传感器系统的上述发展趋势。计划中，每一个“尘埃”是一个自主传感器节点，包括电子器件、电源和通信机构，大小却只有1立方毫米。由几百到几千个这种传感器构成网络，由TinyOS嵌入式操作系统解决在动态环境下的传感器组网、管理问题。“灵巧尘埃”的设计包括：采用10×3毫米、厚度0.1毫米的小翼，使“尘埃”可以像飘落的枫树种子一样从空中投放；厚度15微米的微型太阳能电池板，在日光充足的情况下，每平方毫米可产生100微瓦的电能；容积6～12立方毫米的燃烧室，使用固体推进剂，可以在10秒内产生超过1瓦的热能，使装置移动至100米外；可以在飞行过程中提供电力的热电转换器等。2001年3月进行的一次野外验证性试验中，1架在33米高度飞行的无人机部署了有6个节点的传感器网络，每个传感器之间相距5米，离公路20米远。着陆后，微传感器的时钟同步，等待目标经过。目标通过时，各节点分别探测、记录、存储并彼此交换目标信息。无人机再次巡航到此时，向地面网络发送质询，地面传感器将存储的信息发送给无人机，无人机将信息传送回基地。