跟弹传感器 武器制导新技术

武器制导新技术

英美等国正在同步发展各种新的武器制导技术，有些项目已投入应用试验。

惯性导航技术是在传统惯性导航技术基础上发展起来的新一代微型化、精确化的导航技术。2013年开始，DARPA启动了一个名为“弹药精确强大惯性制导：先进惯性微型传感器”的项目，为制导弹药研发“没有外部导航援助”（如GPS）情况下的精确导航技术。该技术主要通过冷原子干涉陀螺仪实现惯性测量，利用量子属性制造准确的惯性测量装置，不需外部数据即可长时间确定时间和位置。同时，为将成果应用于武器制导，DARPA主要开发微导航定位（PNT）技术，通过利用其开发的微机电系统（MEMS）技术研发独立的芯片级惯性导航和精确制导系统。

图像导航技术是利用弹上传感器对地形成像，将飞行路径与存储的地形数据进行对比，可以达到3米的圆概率误差水平。美国国防部在2016年1月授予美国科学系统公司“小企业创新研究”第3阶段合同。要求开发先进的“图像导航”技术，并对技术成熟度进行评估。该技术将在波音公司的增量Ⅰ型“小直径炸弹”（SDB）上进行试飞和演示，并对技术成熟度进行评估，预计在2018年1月之前完成。按照该合同发展的图像导航/精确瞄准系统还可用于无人机和导弹。除了美国空军之外，美国国防部国防高级研究计划局也正在实施“导引头成本转变”（SECTR）项目。该项目发展的带有SECTR的武器由载机发射后，在进入高对抗空天环境前，利用GPS进行导航，进入高对抗空天环境后，利用成像传感器进行搜索、目标定位和识别、瞄准点选择和末段寻的。该技术也是提高导弹武器制导技术可靠性的主要项目。

地磁导航技术近年来被广泛应用和快速发展,它的优点是隐蔽性能好、效费比高、即开即用，误差不随时间积累。早在2003年8月，美国国防部军事关键技术列表中提到，他们所研制的纯地磁导航系统在地面和空中的定位精度优于30米（CEP）。俄罗斯的新型SS-19导弹采用地磁场等值线匹配制导方式，导弹进入大气层后，不是按抛物线飞行，而是在稠密大气层内沿地磁等高线飞行，使美国导弹防御系统无法准确预测来袭导弹的飞行弹道轨迹，大大增强了导弹的突防能力。美国生产的波音飞机上配备有地磁匹配制导系统，供飞机起飞降落时使用。目前，该技术已经在高空长航时无人机上得到验证，并和GPS组合使用。GPS失效时，利用磁场匹配辅助惯性导航，减少惯导系统输出误差。

全源定位和导航（ASPN）也是美国DARPA正在开展的5个项目之一。该技术包括3个主要元素：远程强健的参考信号，极稳定的战术时钟以及为多用户提供导航定位信息的多功能系统。其原理主要是利用非导航电磁信号，包括商用卫星、光波和电视信号甚至闪电，为PNT系统提供额外的参考信息。可以提供比GPS模块定位导航系统更强更丰富的信息。

超低频导航技术不但在各国海军中应用，它也可用于地理定位，可在未来当GPS系统失效时作为替代定位手段。目前，美国国防部高级研究计划局资助美国佛罗里达大学国际雷电研究与测试中心正在发展超低频导航定位技术，该中心已在全球各地布置超低频信号接收器，其中甚至包括格陵兰和南极地区，并不断开展利用闪电以及窄波通讯技术进行的定位测量实验。

「物理揭秘」你每天走了 计步器怎么知道我们走了多少步呢？

计步器怎么知道我们走了多少步呢？

如今，每个人都非常关注健康。而运动正是健康最重要的手段。不管是出门佩戴手环、计步器，还是拿手机，记录自己行走的步数，已经是很多人的生活习惯了。可是，计步器到底是怎么工作的呢？是怎么知道我们每天走了多少步的呢？

中国电子科学研究院工程师廖勇：“最开始的计步器是机械式的，原理其实很简单，就跟摆锤一样的。因为人在走路的时候是会把那个摆锤带着在动，它动一下基本上就是人在走一步，然后摆锤动一下，和金属接触通电，就记了一步。”

原来，计步器是依靠摆锤与金属的接触，才能记录我们的步数，可是现在流行的智能手环和手机里的计步软件也是这个原理吗？

中国电子科学研究院工程师廖勇：“现在的手机手环里面，它一般是用一个非常小的芯片，叫三轴加速度传感器，通过这个传感器可以测量手机或者是手环在三个不同的方向上的加速度，然后通过这个加速度的值进行一些算法的运算，然后统计就可以知道大概可以测出来走路的步数。”

那么这种传感器是怎么知道我们走路的步数的呢？

中国电子科学研究院工程师廖勇：“有一种特殊的材料，叫压电陶瓷材料，根据作用在上面的力的大小产生不同的形变，就可以产生不同的电压的变化，就可以通过作用在上面的力来测量出加速度，然后通过加速度能够判断出这个人是走路的时候，他是在哪个方向进行运动，或者说频率大概是多少。”

可是，如果用手摇晃手机，也会产生加速度，这个传感器是怎么分辨手晃和走路的区别的呢？

中国电子科学研究院工程师廖勇：“人走路的时候，频率一定是在某一个范围之内的，比方说一秒钟跨出多少步，或者说一分钟只能走出多远。如果人的手拿着手机在晃的话，第一个晃的频率会非常的快，第二个拿着手机晃的时候，加速度变化是比人在走路的加速度变化要大的多的，基本上通过这两个方面，能够判断出来到底是人拿着手机在晃，还是真正的一个人在走。”

其实计步功能只是加速度传感器的一部分应用。在车辆安全、桥梁健康等方面，加速度传感器都有着非常重要的作用。

中国电子科学研究院工程师廖勇：“车上的安全气囊为什么会弹起来，车开到一定的速度之上然后突然停下来，安全气囊就会弹出来，实际上是有一个加速度传感器在测量车在前进的方向负加速度，或者说从很快的速度突然变得停下来，一个量的变化，来判断说现在应不应该把安全气囊弹出来。

加速度传感器另外一个可以应用的地方是桥梁的一些健康的监测，因为桥梁虽然看起来是硬的，实际上是会有一些形变的，可以有些变化，但是每个桥梁的变化它不能以某一个频率来发生这种振动，因为它如果是产生跟这个桥梁的固有频率产生共振，会对桥梁的结构健康产生影响。

所以就可以在桥梁地面上，设置一些加速度传感器来测量桥梁的振动，然后能够判断出振动是不是在可以允许的范围之内的。”

传感器技术与计算机技术，通信技术并称为现代信息技术的三大支柱。航天运载火箭上，采用的传感器达2000多个；一架民航客机所用的传感器也有上千个。可以说，任何自动控制装置和系统都离不开传感器技术。

(来源:科普中国)

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