无线传感器网络简明教程_第七章.pptVIP

7.3.1 项目背景 美军研制沙地直线项目的目的是希望识别出入侵的物体或目标，入侵目标可以是徒手人员、携带兵器的士兵或车辆。该项目的主要功能包括目标探测、分类和跟踪。 沙地直线项目研制的无线传感器网络节点，被命名为“超大规模微尘节点”(eXtreme Scale Mote, 简称XSM)。这是一种具有特殊功能的传感器网络节点，新技术含量高，能可靠地、大范围地实施长久监视。 (a)正面 (b)反面 下表总结了沙地直线项目要求的传感器探测工作特性和战术技术指标。C、P、S和V是简记写法。对于分类混合矩阵来说，某一类目标的分类概率指标不能小于规定值；不同种类目标之间存在错误分类问题，它们之间有一个错误分类的上限概率，这就是表中符号所表达的含义。 表2所示为目标分类要求的详细技术指标，其中垂直栏表示实际种类，水平栏表示要求的分类指标。 7.3.2 目标探测的传感器选型 这里主要介绍沙地直线项目用于探测上述三类目标的传感器模式，分析它们引起六种基本能量域（光、机械、热、电、磁、化学）方面的变化。首先确立目标现象，即潜在目标可能导致的环境扰动特征，然后确定出能探测这些扰动的一组传感器，从那些探测信号中提取出有意义的信息。 在沙地直线项目的研究中，研究人员希望找出同类目标的相似特征，以区别于不同种类目标的相异特征值，从光、机械、热、电、磁、化学六个基本能量域来识别目标特征。 (1) 徒手人员 徒手人员类型可以从热量、地震动、声音、电场、化学、视觉等方面扰动周围环境。 人体的热量以红外能量方式向四周发散，因而能采用红外传感器进行感测人的脚步可以引起地面自然频率回响的脉冲信号，这种共振信号是以阻尼振荡方式通过地面进行传播，因而可以采用微震动传感器收集震动信号。 脚步声还能引起声音脉冲信号，并通过空气进行传播，它的传播速度不同于通过地面传播的地震动信号，但可以运用声响传感器收集这种脚步声信号。 (2) 武装人员 持械士兵或武装人员可以具有一些徒手人员所不具备的信号特征。 通常士兵应该持有枪支和其他含有铁质或金属的装备，因而士兵具有磁信号，这些磁信号是大多数徒手人员所不具有的。 士兵的磁信号是由于铁磁质材料对周围地磁环境的扰动而产生的，因此这里采用磁阻传感器探测此类目标。 (3) 车辆 车辆类型的目标可以从热量、地震 动、声音、电场、磁场、化学、视觉等方面扰动周围环境.。 车辆与人员类似，会产生热信号特征，例如机车车头部分和尾气排气位置都会产生比周围温度高的现象。 轮式和履带式的车辆具有能被探测到的震动和声波特征信号。特别是履带式车辆由于具有节奏的卡塔声和履带振动，具有非常明显的机械特征信号。 车辆相对于武装人员而言，它们本身的金属物质含量大，可以更显著地影响周围某一区域的电磁场。另外，车辆的燃油燃烧时会释放化学物质，如一氧化碳、二氧化碳等。车辆也反射、散射和吸收光线信号。 根据这些目标现象，沙地直线项目采取了相应的传感器进行探测车辆类型的目标。 下面结合具体的传感器类型介绍目标信号的检测技术： (1)声音传感器 这里采用JL1型电子F6027AP麦克风声音传感器，它是声音子系统的核心部件。 这种麦克风声音传感器的灵敏度是 ，响应频率在20Hz和16kHz之间。这种麦克风是高为2.5mm、地面直径为6mm的圆柱形状。 选择这种传感器的原因在于它的灵敏性好、尺寸小、铅制终端、性价比高。 (2) 被动红外传感器 采用Kube Electronics的 C172型传感器，它是被动红外子系统的核心部件。该传感器包含两个相隔一定距离的热电感应元件和一个JFET放大器，放大器密封在封闭的金属盒内，自带一个光学滤波器。该传感器安装有一个圆锥形光学反射镜，因而不再需要其它的透镜设备。 被动红外探测器是根据警戒区域内的背景和入侵者的身上辐射出的远红外能量差进行探测。这种传感器非常适合对人员和车辆的探测，对移动目标运动轨迹的探测来说，它具有低功耗、小尺寸、高灵敏性和低成本等特点。 (3) 磁传感器 采用Honeywell HMC1052型磁阻传感器，作为磁感应子系统的 核心部件，并建立基于磁偶极子信号的探测模型，用于检测判断士兵和车辆目标，提供分析结果。 (4) 多普勒雷达传感器 采用TWR-ISM-002脉冲多普勒传感器作为雷达平台。该传感器能探测半径为60英尺的活动范围，使用电位计可以把探测范围调整为较短的距离。根据当时使用的环境情况，还可以调整灵敏度，以适应嘈杂的环境。 7.3.3 项目系统试验