一、前言
在现代战场上,谁能早于对手知道对方的准确位置,谁就可以赢得战场上的主动权,赢得打击对手、消灭对手的主动和机会。
为了赢得战场的胜利,利用现代的、在前后方及敌后的各种侦察手段、各种技术手段主动搜寻对手是必不可少的措施和方法。这些手段的目的只有一个:争取预先知道对手的在战争、战场上的计划和实施步骤。特别是在实际的战场上,能够准确知道对手的位置,就十分重要。目前的精确制导武器和精确打击武器的出现及应用,使得一旦获知对手的准确位置后,随之而来的就是精确打击。
但是如何能够快速准确知道对手的准确位置?通过什么手段能够获知对手的位置呢?
在阿富汗战场上、伊拉克战场上。多国部队的无线通讯设备已经装备到最小作战单位和个人,如战斗班、坦克、装甲运兵车等,无线通讯联络已作为基本的、必不可少的联络手段,相互之间联络频繁。侦察小部队也是通过卫星通讯、无线通讯等手段与后方指挥机构保持联系。
各种各样的无线通讯手段的广泛应用,作为相互联络的手段。正是这点为对手,在极短时间内的为其精确定位提供了必要的条件,或者说是为对目标的、瞬间的精确打击提供了必要条件。
精准的原子钟小型化,微型化为精确定位提供了充分条件。
二、仿生的启示
1、人耳效应
声音是点声源,到达人的两耳的时间也就不等。这个时间差反馈到大脑,
大脑就很快判断出声源的方向,通过头的转动,使得眼睛能够判断出声源的距离。在这里人的两耳是受同一个大脑,或者说是同一的时间基准同步协调指挥的。见图1图2

图1

图2
2、大脑的作用
一是为两耳提供同一个时间基准;二是计算⊿T值;三是发布命令。
三、基于铷钟同步被动式无线通讯设备定位检测系统的基本原理
基于铷钟同步被动式无线通讯设备定位检测系统是仿生科学的产物。
微型化的原子钟(铷钟、铯钟)的出现和应用,提供了一个稳定的时间基准,稳定的时间基准是精确定位的基础,是基本保证。
如JT公司的铷钟的核心部件铷原子震荡器的外型尺寸仅为100毫米×70毫米×24毫米,输出精度<50NS,长期稳定性<5×10-10/年。对使用环境要求较为广泛:零下30度到65度(见图3)。以此制作的铷钟的外型尺寸也大不过笔记本电脑。

图3
基于铷钟同步被动式无线通讯设备定位检测系统的工作原理:
基于铷钟同步被动式无线通讯设备定位检测系统由天线阵列、PC主控器、铷钟为核心的时基同步器三部分组成。整个系统组成简单、体积小、重量轻、便于携带、便于安装、便于工作。整个过程可在很短时间内完成。
利用原子钟(铷钟、铯钟)提供的非常精确的时间基准,组成阵列的多部天线与基于铷钟同步被动式无线通讯设备定位检测系统之间被铷钟同步时间器工作在同一时间基准。
对方的无线通讯设备一旦进行通讯,天线阵列就能接收到对方的无线通讯设备的信号,无线通讯设备信号源到达阵列各个天线之间的时间不同,相互之间存在多个时间差△T。PC主控器计算这多个时间差△T和电信号在空气中的传播速度,通过函数计算,得到对方无线通讯设备信号源的所在;再与电子地理信息系统相结合,就可得到对方无线通讯设备信号源精确的具体坐标。换句话说,只要对方的无线通讯设备一旦通话,基于铷钟同步被动式无线通讯设备定位检测系统可在不到一秒钟之内截获无线信号,并确定对方无线通讯设备信号源位置所在。同时向上级通报数据,也可以直接制导精确制导武器打击,或者指挥炮火瞬间内对其进行精确打击。
四、基于铷钟同步被动式无线通讯设备定位检测系统的天线阵列
电信号在空气中的传播速度是:30万km/s=300,000,000m/s。换句话说电信号传播1米所需的时间是:1/300,000,000m/s=3.33ns。
天线阵列的多个天线按一定的几何图形排列,位置是相对固定的,为三角函数计算提供基本数据。如:五角形的排列(见图4)、六角形的排列(见图5)、八角形的排列(见图6)。天线分布在多角形的顶端上。

图3

图4

图5
电信号传播1米距离是:3.33纳秒,对方无线通讯设备信号源的信号传送到天线阵列,在天线阵列上产生多个时间差△T。多角形的各角与对方无线通讯设备信号源之间组成多个三角形。由于各三角形之间采用同一个时间基准(铷钟)。由于得到的各个时间差△T是基于同一个时间基准(铷钟)得到的,或者说是在同一个时间轴上得到的时间差△T(见图7)。

图7
图7为示意图,其中X轴为时间轴,X轴的原点为铷钟为核心的时基同步器发出的同步脉冲前沿。Y轴为天线阵列的天线数目,Y轴圆点为对方无线通讯设备信号源的信号通信开始的前沿。对方无线通讯设备信号源的信号一旦有信号发生,五个天线分别收到信号,相互之间产生多个△T。
所以通过PC主控器计算分析,以各个天线为圆点、以三角形的一边为半径作圆,这多个圆的相交点既是对方无线通讯设备信号源(见图8)。

图8
与PC主控器的电子地理信息系统(GIS系统)相结合(见图9)。

图9
在电子地理信息系统(GIS系统)上读出对方无线通讯设备信号源的具体坐标。
从上所述,可以看到时间差△T与天线阵列的形状、相互间距有关。根据实际使用需求,可以选择不同的天线阵列。
五、系统的应用范围
对指挥机构、通讯机构、后勤机构等重要机构提供有效的保护,防止特种部队、小部队的的渗透偷袭;对前沿战斗单位提供远距离的安全保障和火力支持;对巡逻部队提供安全保障支持;对对方无线通讯设备信号源进行跟踪、定位,保持随时打击;警用侦察。
从上面分析可以看到,同步超小型铷原子震荡器的出现,使得小型化的、微型化的铷钟成为可靠的产品。而原子钟(铷钟、铯钟)为系统提供了非常准确的、稳定的时间基准。为准确探测对方的无线通讯设备的通讯、精确定位提供了基准保障。为战斗部队在战术战场上提供了精确打击的数据要素。
一旦这种价值仅为20万元左右的系统应用到团、营一级的作战单位,将为作战单位在战术战场上提供有效的无线侦察、定位手段,和提供有力的后方火力支援。同时也队团、营的前沿战斗部队提供保护。
基于铷钟同步被动式无线通讯设备定位检测系统是从另一个角度浅述了赢得战术战场胜利的技术保障。
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