网络化弹药Word文档格式.docx

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一是通过集结火力对共同目标同时交战；

二是通过资源提高兵力保护；

三是可形成更有效的、更迅速的“发现—控制”交战顺序。

图2网络中心战概念图2

网络中心战基本要点：

1、强调作战的中心将由传统的平台转向网络；

2、突出“信息就是战斗力，而且是战斗力的倍增器”；

3、明确作战单元的网络化可产出高效的协调，即自我协调；

4、增强作战的灵活性和适应性，为指挥人员提供更多的指挥作战方式。

1.2网络化弹药

网络化弹药是将多个弹药通过组网通信，实现子弹药间的网络化信息共享，并且可以完成智能探测、目标识别、协同打击和毁伤评估等作战功能的新概念武器弹药。

1.2.1网络赋能制导弹药

欧洲“流星”空空导弹、美国“先进中程空空导弹”和“增程型防区外对陆攻击导弹”（SLAM-ER）等网络赋能制导弹药已经开始装备部队。

目前，国外中远程空空导弹通常加装单向数据链，只能实现制导信息的传输。

而“流星”与AIM-120D是世界上率先加装双向数据链的空空导弹。

其上行链路用于导弹制导指令的更新，同时支持第三方信息；

下行数据链用于发送导弹的工作和运动状态信息，报告导引头的截获、自动寻的转换以及可实现的杀伤概率。

AIM—120D还能通过战场信息共享网络。

利用地面探测器截获目标信息。

SLAM—ER则已具备真正意义的网络赋能能力，有不同的使用模式，可对付多种目标。

在对付移动目标时，该导弹接收目标更新信息以用于中段制导，自动计算目标速度。

实验论证：

实验一：

一架美国海军的F/A-18B战机在12000米的高度向距离150海里（277.8公里）外的一机动靶舰发射了一枚SLAM-ER导弹。

导弹在发射后两次接收了修正后的目标信息并修正了其航向，直接命中了靶标。

图3SLAM-ER外观图

实验二：

在S-3B飞机上进行的试射中，SB-3在4500米的高度向距离100海里（185公里）的导弹发射设施模拟目标发射了SLAM-ER导弹，它成功地接收了目标修正信息，并成功地在目标1.8米处爆炸。

1.2.2巡飞弹

巡飞弹是一种利用现有武器投放，能在目标区进行巡逻飞行，可承担监视.侦察.战斗毁伤评估.空中无线中继及攻击目标等单一或多项任务的弹药（或子弹药）。

它由战斗部.制导装置.推进系统.控制装置（含弹翼）.稳定装置（含尾翼或降落伞）等组成美国已成为该类弹药发展的先导者，这必将引起其他国家武器发展者的高度重视，成为未来弹药领域发展的一个重要趋势。

主要特点

①以各种形式投放，既可单独投放，也可作为炮弹携带的子弹药投放，且无需对武器平台进行改进。

当由火炮（如榴弹炮、迫击炮、坦克炮、火箭炮、舰炮等）发射时，巡飞弹经弹道上升段到达弹道顶点后，滑翔至目标区巡逻飞行；

若由母弹在一定高度布放，则滑翔至目标区巡逻飞行；

甚至可由无人机、布撒器等载体同时多枚投放。

②采用GPS/INS制导或自主式末制导，圆概率误差小于50m。

③用固体推进器和小型涡轮喷气发动机推进。

④采用单一或多功能战斗部，可搭载彩色电视摄像机、化学或生物探测传感器、气象仪器、非致命性装置和杀伤战斗部等载荷，具有目标搜索、目标监视与定位、战斗毁伤评估、空中无线中继以及攻击目标等多种能力，增加了对付目标的灵活性。

⑤可由地面站或地面操作人员遥控，采用双路通信链路或实时图像进行战术信息传递，利用遥控或预装定方式，弹丸在飞行中可改变飞行状态并进行任务再分配。

图4巡飞弹

巡飞弹是多种高新技术集成的产物，涉及的主要关键技术是：

小型低推力长航时动力技术

巡飞弹的低速长航时飞行对动力装置和电源系统提出了严格要求。

动力装置一般是微小型涡轮喷气发动机，涡扇发动机、脉动发动机以及新型推进剂发动机是未来的主要动力装置，弹载设备的电力主要由锂电池供应，银锌电池、燃料电池以及太阳能电源装置是弹载电源研制的主要方向，要求它们要能够承受10万倍的的重力加速度。

图5巡飞弹作战图

远距离抗干扰双路通信链路技术 

巡飞弹的射程可达几百千米，而弹体长度一般在1米左右，这对信息传输装置提出了更高的要求。

为了获得远距离、高数据率、高质量的通信，必须研究高功率的数据发送机，要采用图像压缩技术以降低对宽带的要求，要在信号处理过程中进行加密，以实施保密通信，要采用双路通信链路传递和接收信息，必要时还要建立通信中继站。

总体设计技术 

　主要指弹体外形结构的优化设计、弹体功能模块的优化匹配。

弹体设计要综合考虑空气动力学和隐身性能，包括弹体形状、材料以及涂层等。

弹药功能模块的匹配，要综合考虑制导控制、动力、有效载荷等各部分的尺寸、重量等。

例如弹翼、尾翼结构形状及控制方式的选取，根据巡飞时间确定动力装置的指标，根据任务要求确定有效载荷的大小等。

多模式战斗部技术 

多模式战斗部是指根据目标类型而自动选择不同作用模式的战斗部，它可以根据不同的目标选择最佳的起爆方式、达成最大的战果。

目前多采用平盘状药形罩的多模式爆炸成型战斗部，这种战斗部可以采用多种作战模式：

如形成分段／长杆式射流，用于侵彻重型装甲，形成爆炸成型弹丸（EFP），用于对付装甲车辆薄弱的顶部装甲，形成破片，杀伤人员及无装甲目标。

如LAM巡飞攻击弹药、“洛卡斯”巡飞子弹药等都采用了多模式战斗部。

1.2.3地面网络化弹药

智能能雷场是智能地雷发展的第二个阶段，他借助于逐渐发展成熟的无线网络通信技术对单个智能地雷组网，自组织成一个智能雷场。

雷场能够使用无线定位技术确定雷场中各个单雷的相对或绝对坐标位置，并可以通过单雷的随动机构调整相互之间的位置，实现自主移动，组成既定结构的单元。

并在网络的协调下实现各个单元协同作战。

雷场还可以定时自动检测地雷爆炸后形成的缺口，自动调整现有地雷的位置，以有限的地雷，保证智能雷场的完整性。

图6智能雷场概念图

2．工作过程

智能弹药能够确定自身的相对或者绝对坐标位置；

能够与其它弹药组网通讯；

能够自主地与其它弹药协同判决，实时自主移动，实现高效率的作战效果。

这种网络化的智能弹药，具有自组织（self-configuring）和自修复（self-healing）的性能。

该系统的作用过程可以分为以下五个部分:

（1）布撒。

布撒可以是通过飞机、地－地导弹或火箭弹等进行远程布撒。

（2）调整姿态，快速组网。

（3）通信定位。

（4）攻击目标。

（5）自修复:

起爆或自毁。

智能弹药的主要功能：

（1）探测目标。

能自主探测发现弹药落点周围的有效目标（针对飞机和有生力量，用超声、红外或其他方法探测）。

（2）毁伤功能。

弹药探测到目标后在合适的位置起爆。

（3）运动方向调整功能。

运动机构在一定角度内应具转向功能。

（4）二次规划功能。

弹药应能二次弹跳，以重构网络。

（4）安全与作用可靠性。

弹药具有安全保险机构，以保证平时的安全。

（5）自毁与保密功能。

在能源消耗将尽时，能够自动引爆，达到对敌方机

场的有效破坏和技术自身保密。

（6）威慑与反清除功能。

智能弹药运动时的不确定性，对敌方具有强烈的

威慑作用；

当敌方以任何的接触方式清除时均可立即引爆，达到反清除目的。

有基础设施网络结构：

通常是对有线通信网的一种扩展。

包括的典型种类有：

蜂窝移动通信系统、集群移动通信系统、无线局域网等。

我们通常使用的手机就是使用的蜂窝移动通信系统。

这类系统的特点是节点借助于通信范围内最近的基站实现通信。

在这样的网络里，移动节点相当于移动终端，他不具备路由的功能，而只有移动交换机负责路由和交换功能。

这些特点使现有移动通信系统在特殊场合并不适用，如在野外环境临时通信和应急状态下的快速通信。

3.关键技术

智能雷场的网络和计算机网络不同，首先计算机网络中，所有的硬件设备都是已知的，静态的，每一个设备都有一个确定的设备号；

而智能雷网络中的节点是动态的，不确定的，并且由于战场环境的千变万化，网络中的节点也在动态的改变位置，因此网络的连接使用无线连接，智能雷组网的物理层、数据链路层和网络层都和传统的计算机网络不同，需要有一种能够支持无线节点自由移动，同时保证通信可靠性和安全性的网络。

其次计算机网络中计算能力是集中在系统中的，而智能雷网中的节点由于数据预处理的需要，要具有计算能力，需要嵌入式设备的支持。

3.1自组网技术

图7有基础设施网络结构

无基础设施网络结构：

一般也称为自组织网络（简称自组网），自组网是由多个带有无线通信收发装置的移动终端节点组成的多跳的临时性的无中心网络。

现有属于自组网的通信系统主要集中于军事通信领域，比如美国的PRNET等。

在民用方面，无线局域网的IEEE802.11中的Adhoc模式及蓝牙技术属于自组网。

对于军用通信系统来说，目前自组织网络的发展分两种，一种是移动自组织网络，一种是传感器自组织网络。

图8无基础设施网络结构

无线传感器网络（WirelessSensorNetwork,WSN）由一组集成传感器、数据处理单元、通信模块的微型传感器以自组网方式构成的无线网络。

图9无线传感器网络节点组成框图

表1移动自组网和传感器网的区别

MANET网络是指一组带有无线收发装置的移动节点组成的一个多跳的临时性的自治系统。

在MANET网络中，网络点具有报文转发能力，节点间的通信可能要经过多个中间节点的转发，即经过多跳，这是MANET网络与其他移动网络的最根本区别。

节点通过分层的网络协议和分布式算法相互协调，实现了网络的自动组织和运行。

因此它也被称为多跳无线网、自组织网络（Self-organizeNetwork）或无固设施网络。

MANET网络可以通过临时组网的方式在恶劣环境中支持移动节点之间的数据、语音、图像和图形等业务的无线传输，在未来战场上，MANET网络。

对于武器系统之间和士兵之间的协同作战，和实现战场上信息的有效共享具有非常重要的意义。

MANET网络作为一种新的组网方式，具有以下特点。

1、无线网络的自组性

无线网络相对常规通信网络而言，最大的区别就是可以在任何时刻、任何地点不需要硬件基础网络设施的支持，快速构建起一个移动通信网络。

它的建立不依赖于现有的网络通信设施，具有一定的独立性。

无线网络的这种特点很适合灾难救助、偏远地区通信等应用。

2、多跳网

自组网内节点的通信往往要借助其他节点中继转发才能实现，这样就形成了多跳通信路径。

图10多跳网

3、动态变化的网络拓扑结构

在无线网络中，移动主机可以在网中随意移动。

主机的移动会导致主机之间的链路增加或消失，主机之间的关系不断发生变化。

在自组网中，主机可能同时还是路由器，因此，移动会使网络拓扑结构不断发生变化，而且变化的方式和速度都是不可预测的。

对于常规网络而言，网络拓扑结构则相对较为稳定。

图11自组网拓扑

4、网络的分布式特性

在无线网络中没有中心控制节点，网络中的移动节点都兼有独立路由和主机功能，不存在类似于基站的网络中心控制点，节点地位平等，采用分布式控制方式，增强了网络健壮性。

一旦网络的某个或某些节点发生故障，其余的节点仍然能够正常工作。

5、节点功耗受限

移动节点是依赖电池正常操作的，与其他无线网络不同，MANET网络的节点要充当其它节点的路由器，节点能量耗尽将会改变网络拓扑，进而改变网络性能及网络寿命，因而实现节点的低功耗是非常重要的。

3.2自定位技术

无线定位技术最初是为了满足远程航海的导航等要求而产生的。

全球定位系统GPS的出现使得无线定位技术产生了质的飞跃，定位精度得到大幅度提高，精度可达10米以内。

国外对于无线定位在移动通信中的应用也有所要求，例如，美国联邦通信委员会（FCC）强制要求所有无线业务提供商，在移动用户发出紧急呼叫时，必须向公共安全服务系统提供用户的位置信息和终端号码，以便对用户实施紧急救援工作。

图12GPS定位图

无线定位技术通过检测基站、信标台、卫星或者专用的无线信号发送设备与移动终端之间传输信号的特征来确定终端位置。

不论具体系统如何实现，定位技术最终都要归结为对传输信号的信号特征估计。

无线定位技术本质上都是利用无线信号的特征变化，计算信号传输距离或传输时间。

通过其一定的几何原理计算目标位置。

用于定位的信号特征有信号的到达角度，信号传输时间，信号传输时间差以及信号强度等四种，对于运动物体由于多普勒效应还要考虑频率变化信号。

节点定位的基本概念：

无线自组网节点自身定位就是根据少数信标节点,按照某种定位机制确定其它未知节点的位置。

信标节点、未知节点：

在无线网络节点定位技术中，根据节点是否已知自身的位置，把节点分为信标节点和未知节点。

信标节点在网络节点中所占的比例很小，可以通过携带定位设备GPS等手段获得自身的精确位置。

信标节点是未知节点定位的参考点。

除了信标节点外，其他网络节点就是未知节点，他们通过信标节点的位置信息根据一定的定位算法计算出自身的位置。

3.2.1获取节点间距离

基于测距技术的定位

a.到达时间TOA技术：

是已知信号的传播速度，通过测量信号传播时间来计算节点的距离。

定位精度高，但要求节点间保持精确的时间同步，无法用于松散耦合型定位。

对节点的硬件和功耗要求较高。

b.时间差TDOA技术：

发射节点同时发射两种不同传播速度的无线信号，接受节点根据两种信号到达的时间差计算两个节点之间的距离。

到达时间差方法不要求源节点和接收节点的严格同步，但要求接收节点之间严格同步。

许多基于基础设施的系统使用了TDOA技术。

和TOA技术一样，TDOA定位精度高，也依赖于扩充的昂贵硬件，能量消耗大。

该技术还受限于超声波传播距离有限（WSN所使用的超声波信号通常传播距离仅为20～30英尺，因而网络需要密集部署）和NLOS问题对超声波信号传播的影响。

图13TDOA测距示意图

c.到达角度AOA技术：

接受节点通过天线阵列或多个超声波接受机感知发射节点信号的到达方向，计算两个节点之间的相对方位或角度。

易受外界环境影响，且需要额外硬件，在硬件尺寸和功耗上可能无法用于传感器节点。

d.接收信号强度RSSI技术：

是利用节点接收的信号强度，与节点之间的距离成反比的关系，通过测量接收到的信号强度和已知的信道衰落模型，估算出节点之间的距离。

虽然符合低功率、低成本的要求，但有可能产生±

50%的测距误差，受环境影响大，实际应用困难。

无须测距技术的定位

a.质心定位算法

该算法思想是：

未知节点以所有在其通信范围内的锚节点构成的多边形的几何质心作为自己的估计位置。

锚节点周期性地向邻近节点广播锚节点分组，这个分组包含了节点自身ID和位置信息。

当未知节点接收到来自不同锚节点的分组数量超过某一个门限值K或接收一定时间后，便利用下述质心公式确定自身位置为这些锚节点组成的多边形的质心:

该算法最大的优点是完全基于网络的连通性，实现较为简单且计算量较小。

但该算法仅能提供粗粒度的定位，定位精度不高，且与锚节点的密度、分布有很大关系。

b.DV-Hop算法的基本思想是将未知节点到参考节点之间的距离用网络平均每跳距离和两者之间最短路径跳数乘积表示，然后使用三边测量法获得节点位置

信息。

DV-hop算法由三个环节组成，第1步，通过采用经典的距离矢量交换协议使得网络中的所有节点都获得距离锚节点的跳数（distanceinhops）。

每个节点都将所有锚节点的坐标以及距离它们的跳数记录下来，并把该信息与邻居节点交换以更新信息。

第2步，对于任意一个锚节点可以利用它们之间的欧几里得距离之和除以它们间的跳数之和来计算该锚节点在网络中的平均每跳距离，并将其作为一个校正值（Correction）广播至网络中。

锚节点向网络广播一个信标，信标中包含有此锚节点的位置信息和一个初始值为1的表示跳数的参数。

此信标在网络中被以泛洪的方式传播出去，信标每次被转发时跳数都增加1。

接收节点在它收到的关于某一个锚节点的所有信标中保存具有最小跳数值的信标，丢弃具有较大跳数值的同一锚节点的信标。

通过这一机制，网络中所有节点（包括其他锚节点）都获得了到每一个锚节点的最小跳数值当接收到校正值之后，节点根据跳数计算与锚节点之间的距离，

第3步，当未知节点求得与三个或更多锚节点的距离时，则利用三边测量法进行定位。

未知节点在获得对于邻近信标节点的距离或相对角度后，通常使用下列三种方法3.3.2计算位置

（1）三边测量法

节点N0的坐标未知，参考点N1、N2、N3的坐标以及它们到N0的距离已知。

图14三遍测量示意图

是节点的三维坐标，是

未知节点的坐标，R是节点i和未知节点的测量的距离。

（2）三角测量法

已知节点N1、N2、N3三个节点的坐标以及节点N0相对于节点N1、N2、N3

的角度a1,,，根据公式可确定N0的坐标。

图15三角测量法

（3）极大似然估计法

已知1，2，3等n个节点的坐标分别为：

它们到未知节点D的距离分别为

根据公式使用标准的最小均方差估计方法，可以得到节点D的坐标。

假设节点D的坐标为（x,y）。

那么，存在下列公式：

使用标准的最小均方差估计方法可以得到节点的坐标为：

3.3目标分配方法

为了保证利用智能雷群对某区域进行较长时间的有效封锁,须对智能雷群目标分配问题进行优化,以减小智能雷群整体的电量耗损和实现智能雷群内部的良好通信。

网络化智能雷群的目标分配是在确定的多个智能雷下如何通过网络对每个智能雷进行合理管理和调度,按一定策略将作战对象分配给合适的智能雷个体,并向智能雷下达要执行的任务策略,每个智能雷通过网络相互协调工作,在满足体积、通信、功耗等多个限制条件约束下,保证系统整体的消耗代价最小而达到最佳的封锁效果和作战效能,使智能雷的利用效率最高。

它是一个多因素分析和决策的过程。

在目标到达分配终线之前,优化分配是一个动态过程。

分配预案将随着目标参数、每个智能雷的各个功能部件状况和网络结构等因素而适时调整。

所谓优选是指在目标被有效损伤的前提下,为了保证某区域在较长时间内被封锁而对攻击雷（被确定用来攻击目标的智能雷称为攻击雷）的最优选择原则。

给定的准则不同,得到的分配方案也不同。

考虑到智能雷自身的参数、目标运动的动态变化和网络结构的复杂性,优选准则主要考虑以下几个因素:

1）智能雷本身的电量。

当某个智能雷的电量不足时,它的许多功能受到一定的限制,当目标进入它的攻击范围时优先攻击。

2）智能雷的各个功能模块。

智能雷包括许多模块,有探测模块、通信模块、计算机模块、自毁模块等,当某个模块的功能发生障碍而不影响智能雷的正常攻击时,当目标进入它的攻击范围时该智能雷优先攻击,否则启动自毁装置自动销毁。

3）攻击距离。

当智能雷距离目标越近时对目标的攻击效能越好,尽量选用攻击距离近的智能雷作为攻击雷。

4）网络结构。

为了保证网络良好的通信能力,尽量减小对网络的破坏,所以应从智能雷群较密集的地方选择攻击雷。

3.2目标分配约束条件

1）空间关系约束条件

每个智能雷都有杀伤半径,当目标进入该智能雷杀伤区域后才有可能被有效的攻击。

2）时间约束条件

因为目标的运动是动态变化的。

可以根据目标的运动特性分析目标到达杀伤区域的时间和方位。

只有攻击雷的攻击时刻在目标处于该攻击雷杀伤区的时间内和攻击雷的攻击方位朝着目标时目标才能被有效攻击。

3）物质约束条件

仅满足空间和时间约束条件是能攻击目标的必要条件,但还不是充分条件。

能否攻击该目标的充分条件还要看物资条件,即弹药的消耗情况。

每个智能雷只能攻击一次,当攻击后,有目标过来时只能分配另外的智能雷去攻击。

只有智能雷群的空间、时间和物质约束条件都满足时,才能对目标进行一次有效攻击。

进行目标分配的目的就是要实现某种效能指标,这里的效能指标也就是前面提到的优选准则,用函数形式来描述该指标,则该函数就称为目标函数。

优选准则要求攻击雷的电量尽量少,与其它的智能雷通信个数尽量多,与目标的攻击距离尽量小,并且优选其中有些功能部件不能正常工作的智能雷。

根据以上几个条件得到下面的组合目标函数:

Pi为表示第i个智能雷被选为攻击雷的可能性；

k1,k2,k3,k4为加权因子

fi1为表示与第i个智能雷的电量相关的参数；

fi2为表示与第i个智能雷的各个模块的状况相关的参数；

fi3为表示第i个智能雷与其它智能雷通信状况相关的参数；

fi4为表示第i个智能雷与目标的攻击距离相关的参数；

3.4自修复技术

“自愈”是智能雷场最具特色的功能。

但是由于智能雷场的“自愈”概念是近几年刚刚提出的，所以至今很少有相关文章针对“自愈”算法进行研究。

“自愈”是指雷场在无人工参与的情况下可自行修复。

当雷场遭到工兵或扫雷车破坏，被成功开辟出无雷通道时，雷场无法正常工作，这时，雷场可通过对单体雷节点的移动操作，也即让单体雷节点