【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】超低空分布式多傳感器探測節(jié)點的設(shè)計1引言

由于電磁波是沿直線傳播的，受地球曲率的限制以及山地的影響，使雷達探測產(chǎn)生盲區(qū)，看不到低空與超低空飛行的目標，所以低空目標給雷達探測帶來困難與威脅。為了及早地發(fā)現(xiàn)和探測中、低空，特別是超低空高速入侵的*、武裝直升機等，就要解決遠程探測目標的問題。目前主要采用發(fā)展低空補盲雷達、采用升空平臺監(jiān)視雷達系統(tǒng)（如空中預(yù)警機系統(tǒng)、系留氣球載雷達系統(tǒng)、飛艇載雷達監(jiān)視系統(tǒng)等）、改良和提高雷達的低空探測性能等幾種措施，提高雷達對空、對海警戒的作用距離。這些措施有效地提高雷達對空、對海警戒的作用距離，但造成了防御成本的大規(guī)模增加、雷達載體目標暴露易遭受對方的攻擊等，同時仍然存在著探測盲區(qū)，使安全防御系統(tǒng)存在一定的隱患。

針對以上問題，本文提出利用MSP430F133嵌入式微處理器設(shè)計出一種分布式多傳感器探測節(jié)點，可隨機地分散地設(shè)置在雷達系統(tǒng)探測的盲區(qū)，利用GPS系統(tǒng)授時和定位、利用多傳感器提供觀測數(shù)據(jù)、利用GPRS網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)開展多傳感器信息融合，實時開展目標發(fā)現(xiàn)、優(yōu)化綜合處理，獲取狀態(tài)估計、目標屬性、行為意圖、態(tài)勢*估、威脅分析和輔助決策等，可彌補雷達防御系統(tǒng)存在的缺陷之處，杜絕安全防御系統(tǒng)存在的隱患。

2分布式多傳感器信息融合系統(tǒng)總體框架

整個分布式多傳感器信息融合系統(tǒng)由若干個不規(guī)則分布的多傳感器探測節(jié)點、INTERNET網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控中心服務(wù)器、交換機、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、多傳感器信息融合終端和探測節(jié)點控制終端等組成，其總體構(gòu)造如圖1所示。

當探測目標進入到多傳感器探測節(jié)點所能夠探測到的區(qū)域內(nèi)，探測節(jié)點通過通信模塊（GPRS模塊）把傳送數(shù)據(jù)分組，無線傳送到GPRS網(wǎng)絡(luò)，再經(jīng)INTERNET網(wǎng)把數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心服務(wù)器上。

監(jiān)控中心服務(wù)器實時接收各探測節(jié)點傳遞過來得信息，并通過交換機與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、多傳感器信息融合終端和探測節(jié)點控制終端開展數(shù)據(jù)交換。

信息融合終端對監(jiān)控中心服務(wù)器收到的數(shù)據(jù)開展處理并通過其它服務(wù)器開展數(shù)據(jù)交換實現(xiàn)信息融合，實時開展目標發(fā)現(xiàn)、優(yōu)化綜合處理，來獲取狀態(tài)估計、目標屬性、行為意圖、態(tài)勢*估、威脅分析和輔助決策等。

探測節(jié)點控制終端傳送各種指令到各探測節(jié)點，監(jiān)測各探測節(jié)點的運行狀況，并對各探測節(jié)點開展實時控制。

布式傳感器探測節(jié)點硬件部分主要由通信模塊（GPRS模塊）、GPS模塊、存儲模塊、電源模塊、時鐘模塊、復(fù)位模塊、各種傳感器和嵌入式微處理器組成，其硬件構(gòu)造如圖2所示。

微處理器選擇***儀器公司生產(chǎn)的16位單片機MSP430F133，芯片處理能力強、運行速度快，采用了JTAG技術(shù)、FLASH在線可編程等先進技術(shù)。其片上資源豐富，含有8KBFLASH存儲器，并含有UART接口,可用于異步或同步通信，同時還可通過Timer-A軟件實現(xiàn)串行通信。

通信模塊即GPRS模塊，采用索愛公司生產(chǎn)的GR47，該模塊內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議，支持SMS、GPRS、CSD等傳輸方式，并提供SIM卡接口和三路串行數(shù)據(jù)通信接口（UART1、UART2和UART3）。模塊支持AT命令集，有命令狀態(tài)和在線狀態(tài)兩種工作狀態(tài)，處于命令狀態(tài)時，模塊接收MCU通過串口發(fā)送的指令；處于在線狀態(tài)，即數(shù)據(jù)模式時，可開展數(shù)據(jù)傳輸，此時不響應(yīng)命令，直接傳送所接收到的數(shù)據(jù)。該模塊體積小，開發(fā)簡便，內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議棧，使用戶不用自己開發(fā)復(fù)雜的TCP/IP協(xié)議棧軟件，大大降低了開發(fā)難度，也程度上縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期。該模塊需要一張開通GPRS業(yè)務(wù)的SIM卡，和它配套使用。

存儲模塊采用24C256存儲器，保存一些重要的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在系統(tǒng)掉電后是不能丟失的。主要存儲探測中心IP和端口號、口令、采集數(shù)據(jù)等。電源模塊是采用太陽能電池并加以備用的鋰電池，電源部分通過加一些必要的濾牽扯電壓轉(zhuǎn)化電路，來終輸出24V、12V和5V的3組直流電，供各個傳感器和微處理器等部件使用。

GPS模塊利用GPS系統(tǒng)對分布的多傳感器探測節(jié)點開展授時和定位，在確定各探測節(jié)點準確位置的同時，保證各探測節(jié)點的時間的高度一致。

傳感器部分根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境分別動態(tài)地設(shè)置相應(yīng)的傳感器，高可靠性地完成目標的探測、發(fā)現(xiàn)、識別、定位及圖像拍攝等。隨著反偵察技術(shù)的發(fā)展，單一的傳感器探測很難有效地探測到目標，必須使用多傳感器開展探測。在幾百米以下的超低空領(lǐng)域，通過紅外傳感器、聲傳感器、震動傳感器等基本可以有效地探測和識別進入該區(qū)域的目標，通過紅外熱像儀等攝取圖像，以便更準確地判斷目標，更好地開展信息融合。

4分布式多傳感器探測節(jié)點的軟件設(shè)計

軟件部分主要由多傳感器數(shù)據(jù)采集和GPRS遠程數(shù)據(jù)通信兩部分組成。多傳感器探測數(shù)據(jù)采集及處理部分實時探測和識別該區(qū)域的目標信息，經(jīng)過微處理器轉(zhuǎn)化成相關(guān)傳送數(shù)據(jù)；GPRS遠程數(shù)據(jù)通信部分實時通過GPRS與監(jiān)控中心服務(wù)器開展通信。

4.1多傳感器探測數(shù)據(jù)采集及處理

多傳感器探測數(shù)據(jù)采集是指在探測節(jié)點運行的一個采集周期內(nèi)，紅外傳感器、聲傳感器、震動傳感器等輸出的AD轉(zhuǎn)換值。微處理器對采集的數(shù)據(jù)開展預(yù)處理，如果發(fā)現(xiàn)可疑的目標信息，啟動紅外熱像儀攝取目標圖像，隨后將采集的所有參量及圖像數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心服務(wù)器。

在數(shù)據(jù)傳送過程中，由于各項參量數(shù)據(jù)不是獨立傳送的，所以首先要采用TLV(標識、長度、數(shù)據(jù))的格式對所有的數(shù)據(jù)按順序開展編碼打包。然后，再以固定的長度對打包好的數(shù)據(jù)開展分塊，分塊的目的是保證每次送入網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)長度適中，易于網(wǎng)絡(luò)傳輸。之后再調(diào)用數(shù)據(jù)傳輸子程序把每塊數(shù)據(jù)順序發(fā)送出去。

在數(shù)據(jù)傳輸子程序中，原始數(shù)據(jù)塊依次由應(yīng)用層數(shù)據(jù)傳送命令報文、傳輸層UDP包、網(wǎng)絡(luò)層IP包和鏈路層PPP幀報文開展封裝，然后送入GPRS模塊，發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中。傳輸層采用了UDP(用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議)協(xié)議，該協(xié)議是一種面向無連接的傳輸協(xié)議，其本身沒有應(yīng)答機制和命令重發(fā)機制，屬于小的、節(jié)約資源的傳輸層協(xié)議，傳輸速度快。而我們在應(yīng)用層采用了應(yīng)答和重發(fā)機制，所以可以確保數(shù)據(jù)被收到。網(wǎng)絡(luò)層則采用IP協(xié)議，IP頭里包含了本機IP地址和監(jiān)測中心IP地址，指出了數(shù)據(jù)的傳送路徑。

4.2GPRS遠程數(shù)據(jù)通信使用GPRS模塊上網(wǎng)開展數(shù)據(jù)傳送，一般具有三種方式，一是采用公網(wǎng)靜態(tài)IP，連接操作較簡單，具有較高的可靠性和穩(wěn)定性，但是靜態(tài)IP的申請和使用需要較高的費用；二是采用動態(tài)IP結(jié)合DNS域名解析的方式，每次上線的IP可能不同，但可以通過DNS動態(tài)域名解析在終端與后臺之間建立關(guān)聯(lián)；三是采用APN專線接入方式，通過申請APN專線接入GPRS網(wǎng)絡(luò)，然后給每個模塊分配固定IP，組成一個私有廣域網(wǎng)，這種方式也需要較高的費用。

本系統(tǒng)采用了第二種方式獲得本身IP，而后臺監(jiān)控中心服務(wù)器的IP是固定的。采用GPRS模塊上網(wǎng)時，GPRS模塊首先完成撥號登陸，然后開展數(shù)據(jù)傳輸。實現(xiàn)動態(tài)IP方式上網(wǎng)通信的處理流程如圖3所示。

5結(jié)束語

本文創(chuàng)新點是：利用GPRS網(wǎng)絡(luò)作為遠程無線數(shù)據(jù)通信平臺，可充分發(fā)揮通用無線分組業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)勢，把遠程分布的多傳感器探測節(jié)點所探測到的信息實時、有效地聚集在一起，實現(xiàn)了超遠距離的信息融合，可實時開展目標發(fā)現(xiàn)、優(yōu)化綜合處理，獲取狀態(tài)估計、目標屬性、行為意圖、態(tài)勢*估、威脅分析和輔助決策等。

本項目具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益，可非常方便地布控于雷達防御系統(tǒng)的盲區(qū)，對低空和