网络侦察范文

网络侦察范文（精选10篇）

网络侦察 第1篇

关键词：小型侦察机,电磁碰撞,干扰区域,检测模型

0 引言

随着通信和电子技术的不断发展，电子产品的应用领域逐渐增加，使得电磁能量急剧增加，电磁环境日益复杂，导致复杂航空网络中小型侦察机执行任务的电磁环境，发生电磁碰撞干扰概率增加，影响复杂航空网络中各种设备间信号通信的顺利运行[1]。因此，寻求有效方法，准确检测复杂航空网络中小型侦察机电磁碰撞干扰区域，对于确保复杂航空网络中小型侦察机设备信号的发送和传递的有效性和安全，使其顺利完成侦察任务具有重要意义[2,3]。由于复杂航空网络中小型侦察机电磁频区域具有较低的隐蔽性，使得电磁碰撞区域特征容易遭到破坏和丢弃，导致传统依据电磁碰撞特征点运动轨迹自适应模糊聚类方法[4,5]，无法针对变化的电磁碰撞特征点，完成电磁碰撞区域的准确检测，存在较大的弊端。

1 基于碰撞思维的小型侦察机电磁碰撞干扰区检测方法的提出

1.1 碰撞检测特征的提取与碰撞区域的设定

复杂航空网络中小型侦察机通信时，出现的干扰信号源有很多种类型。最常见的有同频干扰和虚假干扰两种，这两种都含有相应产生源的抗干扰信号。由于干扰信号和发送返回信号之间具有相关联系，因此具有特征提取的功能。复杂航空网络中小型侦察机电磁干扰信号提取须经过相应的甄选、分配和控制处理等操作，操作损耗的时间由相应处理器效率决定。提取电磁信号干扰特征与信号回波间具有相对的间隔时间，假设在复杂航空网络中小型侦察机的电磁碰撞干扰信号比正常信号慢F个脉冲，则可产生一个碰撞特征，具体方法如下：

信号特征的提取用下式描述：

式中：m为复杂航空网络中小型侦察机电磁碰撞干扰器件传送信号相对于正常信号在慢范围中落后的脉冲量，是目标传递的信号；σn用于描述干扰器件对没有界限信号的幅度调控，n=1,2，⋯，N。利用上述方法，可以完成对电磁碰撞干扰信号的提取。

复杂航空网络中小型侦察机电磁碰撞检测算法的首要条件是对相应的信号特征区域进行规划，利用提取的N个电磁碰撞信号特征点建造相应的特征库。其中，分割特征库是利用电磁碰撞通信信号中特有的属性特征，通过计算求出同特征来完成。得到复杂航空网络中小型侦察机电磁碰撞通信区域的相关信号特征之后，按照相应的规划实行碰撞区域划分。其需要满足的条件为：

(1）根据临近的复杂航空网络中小型侦察机的三个信号特征，建造一个虚拟的二维区间三角形，并连接所有信道二维特征的连线。

(2）要求建造的虚拟三角形是没有任何瑕疵的，并且反射在信号的核心区域。

(3）复杂航空网络中小型侦察机电磁碰撞信号特征改变与其他区域信道的特征位置没有任何关系。

通过上述三个要求，即能完成对特征三角区域的分割。

1.2 基于区域碰撞预判的小型侦察机干扰区检测

对复杂航空网络中小型侦察机电磁碰撞通信区域的分割完成之后，就能研究电磁碰撞产生的信号碰撞。

假设大规模的干扰信号在同一个信道里，而信道的数量又超出了一定的区域，则通过采用通信时建造的属性模型，将那些可能发生的干扰信号提前进行分析碰撞判断，以实现干扰检测的目的。为了确保复杂航空网络中小型侦察机电磁碰撞干扰区域检测的精度，利用1.1节求出的电磁碰撞信号区域规划结果，求出干扰碰撞信号点区域中的二维位置。若相同信道内发生冲突，则出现冲突的位置肯定在同一个虚拟二维区域当中。利用计算得出电磁碰撞信号中会发生碰撞点的详细位置坐标之后，通过碰撞点的位置即可得知冲突的位置，实现复杂航空网络中小型侦察机电磁碰撞干扰区域的检测。假设由复杂航空网络中小型侦察机电磁碰撞不同信号类型组成的校验区域用MfNfOf与HzGzRz表示，且信道中的信号区域MfNfOf与HzGzRz是带校验的。假设复杂航空网络中小型侦察机信道信号冲突的区域HzGzRz对应到的二维虚拟区域的中线交点为Pf，那么当其中的中线可以通过前一个校验区域MfNfOf时，即表明相应的信道区域较易引起冲突。于是可通过-HGn和-HWn的符号对比结果来分析冲突的相应种类，估算复杂航空网络中小型侦察机电磁碰撞冲突是发生于本区域还是其他区域。详细步骤如下：

式中：-HG,-HW映射到二维信道范围内的法线方向-n分量分别是-HGn,-HWn。假设-HG-n与-HW-n的符号对比结果有差异，且信道Hk与Hk+1的连线同MfNfOf相交，则认为存在碰撞冲突，即这里是干扰区。假设复杂航空网络中小型侦察机电磁碰撞干扰下的信道三角形，同其他不同信道三角形的两条边相交，则认为复杂航空网络中小型侦察机电磁碰撞干扰下信道Hf与Hf+1的连线未经过MfNfOf，此时HfRf与MfNfOf同样会出现冲突，且存在一定的干扰，则MfNfOf区域则是电磁碰撞干扰区域。

上述分析方法中，通过模型提取复杂航空网络中小型侦察机电磁碰撞干扰信号特征，采集多个电磁碰撞干扰信号特征点，依据复杂航空网络中小型侦察机通信信号中特有的属性特征，经过求同特征划分得到电磁碰撞区域的相关信号特征区域，计算电磁碰撞信号点区域中的二维位置，通过运算获取电磁碰撞信号中产生碰撞点的位置坐标，依据碰撞点的位置分析冲突的位置，运用多电磁碰撞信号迭代计算，完成对复杂航空网络中小型侦察机电磁碰撞干扰区域的检测。

2 实验与分析

为了验证本文方法的有效性，需要进行相关的实验分析。实验对复杂航空网络中某小型侦察机产生的电磁碰撞信号干扰波形如图1所示。图1的波形能够通过指数衰减振荡波形模拟，则有：

式中：A,t0，τ，f0分别表示电磁干扰的幅值、脉冲开始时刻、衰减因子和振荡频率。

图1是信号在干扰区内的波形以及频谱，为了模拟网络中电磁碰撞干扰，实验在式（4）中融入了不同频率的正弦波背景信号，如图2所示描述了融入背景信号的电磁碰撞干扰时域信号和频谱。分析图2可得，网络中碰撞信号被背景信号覆盖，频谱图中也可看出不同的电磁碰撞干扰信号。

采用本文方法和传统的分区迭代方法分别对上述复杂航空网络中小型侦察机电磁碰撞信号进行分析，样本点数为1 000点，采样时间间隔是0.5μs，两种方法检测到的复杂航空网络中小型侦察机电磁碰撞干扰信号分别如图3和图4所示。分析图3和图4可以看出，本文方法能够从窄带干扰中，准确检测复杂航空网络中小型侦察机电磁碰撞干扰信号，同图1中给出的复杂航空网络中小型侦察机电磁碰撞干扰信号最为贴近，不受背景信号的影响。而传统方法检测到的复杂航空网络中小型侦察机电磁碰撞干扰信号仍然存在有大部分淹没在背景信号中。说明本文方法可对复杂航空网络中小型侦察机电磁碰撞干扰信号进行准确检测，实现电磁碰撞干扰区的有效采集，具有明显的优势。

3 结语

本文提出了一种基于区域碰撞预判的复杂航空网络中小型侦察机电磁碰撞干扰区检测方法。提取电磁碰撞干扰信号特征，采集多个电磁碰撞干扰信号特征点。依据复杂航空网络中小型侦察机通信信号中特有的属性特征，经过求同特征划分得到电磁碰撞区域的相关信号特征区域，计算电磁碰撞信号点区域中的二维位置。通过运算获取电磁碰撞信号中产生碰撞点的位置坐标，依据碰撞点的位置分析冲突的位置，运用多电磁碰撞信号迭代计算，完成对复杂航空网络中小型侦察机电磁碰撞干扰区域的检测。实验结果说明，所提方法能较好地完成干扰区检测定位，效果较好。

参考文献

[1]陈炜峰,刘伟莲,周香.电磁兼容及其测试技术[J].电子测量技术,2008(1):101-104.

[2]吴冬燕.电磁兼容检测与优化[J].电子测量技术,2010(3):9-12.

[3]贺兴,艾芊,解大.基于有线/无线混合模式的微电网通信网络的研究与开发[J].低压电器,2010(12):20-25.

[4]张鹏,王润生.基于视点转移和视区追踪的图像显著区域检测[J].软件学报,2004,15(6):891-898.

[5]张百新.基于Matlb的单相电路谐波检测方法的对比分析[J].科技通报,2013,29(5):111-114.

抗癌侦察兵 第2篇

一、何谓内窥镜?

内窥镜又称内镜。窥的含义是通过小孔或缝隙观察。内窥镜最初的结构很简单，采用不锈钢空管，接上光源(或反光镜)，插入体腔内直视病灶，并用细长的夹钳夹取病变组织。目前常用的鼻咽镜、阴道镜、直肠镜就是如此。这类内窥镜的缺点是管腔较粗、硬直。不可插入深部体腔内观察。近几十年来医务人员不断改进内窥镜的结构。使其功能更齐全，使用更方便。目前使用的纤维支气管镜、纤维胃镜、纤维结肠镜等，采用冷光源，提高了清晰度。用光导纤维输送图像，末端镜头的方向和视野可调节控制，插入的深度大大提高。如果配上电子设备，则称电子内窥镜。电子内窥镜可以把病变组织放大几十倍后显示在电视屏上。还可以摄片和录像留作资料。内窥镜是检查人体深部病变，尤其是恶性肿瘤的主要手段，挽救了不少病人的生命。

二、内窥镜有哪些特点?

(1)直视病灶。人体的呼吸道、消化道、泌尿道等是内脏与外界的通道。这些脏器是癌症好发部位，90％以上的癌症都发生在以上脏器。用X光、CT、B超和磁共振等方法来检查肿瘤，常常难于鉴别其是良性的还是恶性的。是炎性包块还是囊状肿块：更不知道其是鳞癌、腺癌，还是肉瘤、淋巴结肿大、息肉等。至于癌细胞分化程度更不得知。运用内窥镜检查可直视病灶。俗话说“眼见为实”。通过内窥镜观察病灶的大小和形态，有无溃疡、出血，脏器运动是否受阻，肿瘤的软硬度等情况。有经验的医生一眼就可确定肿瘤的性质。内窥镜同时还可发现X光、CT不能查出的1—2厘米的肿瘤，有利于早期发现癌症。深部肿瘤的早期发现，92％以上依靠内窥镜。

(2)病理诊断。内窥镜可以做活组织病理检查。病理诊断被医生称为“法官”和“金标准”。可为制定治疗方案、判断预后提供科学依据。如果病人惧怕内窥镜检查，那么，将良性肿瘤当恶性肿瘤治疗或把恶性肿瘤当良性肿瘤治疗的情况。就会时有发生。

(3)及时治疗。内窥镜配合其他器械，也可具备切割、烧灼、激光、注射药物等多种治疗功能。故有些良性肿瘤如胃、肠息肉，可用内窥镜切割摘除。溃疡出血也可用激光止血。有的小的恶性肿瘤也可在内窥镜下手术。这是一种不用开刀的治疗手段。

三、内窥镜适宜诊治哪些疾病?

(1)鼻咽镜。可经鼻或口检查鼻咽部或喉部病变。如有一侧鼻出血，尤其是晨起擤鼻涕时有少量血丝或血斑。或有同侧颈淋巴结肿大、偏头痛等症状时，鼻咽镜检查可帮助你早期诊断或排除鼻咽癌。如有鼻息肉，可及时摘除。

(2)支气管镜。从鼻腔插入，经喉进入气管、支气管，可查气管和肺部的病变。如有持续性干咳、痰液带血丝、胸痛、多年吸烟史，X光摄片肺部有阴影，可做纤维支气管镜检查，以明确肿块性质，为临床治疗提供依据。

(3)食管镜。从口腔经喉插入进入食管。中年人如感觉吞咽受阻并逐渐加重，可先做X光钡餐透视、摄片。如果发现有病变，可做食管检查，以进一步明确诊断。

(4)胃镜。有胃癌家族史、慢性胃溃疡病史或萎缩性胃炎病史者，如最近病情逐步加重或伴胃少量出血，可做胃镜进一步明确诊断。如x光钡餐透视发现胃部有充盈缺损，可做胃镜检查以明确肿块性质。如是胃息肉可以及时摘除。

战场侦察图像融合技术 第3篇

多种光谱的图像传感器被应用到战场侦察, 获得的图像包括可见光彩色图像、红外图像 (长波红外、中波红外、短波红外) 、微光图像和微波图像等。每种图像都揭示了目标特定的信息, 但单一的图像都不能完全满足对战场目标分析的要求。图像融合是解决这个矛盾的有效方法, 融合后的图像能够将每种传感器的图像的信息结合在一起, 其信息内容超过任何一种单一的图像, 能够更加精确地描述侦察场景中的地形、地貌、隐藏的人员和武器类目标。

战场上获取的侦察图像最常见的是彩色图像和红外图像, 彩色图像具有高分辨率和丰富逼真色彩的优点, 但却无法看到隐藏在伪装之下的武器类目标。红外图像具有发现隐藏的武器类目标的特点, 但图像分辨率低, 并且是单色图像, 不利于人眼对图像总体内容的判读。该文提出了应用离散小波框架的融合处理与彩色空间变换相结合的处理技术, 实现了彩色图像和红外图像融合处理, 使融合结果图像能够保留彩色图像的高分辨率和接近真实的色彩信息, 同时包含红外图像发现的隐藏的武器类目标, 为战场目标发现、识别和分析提供了数据基础。

1离散小波框架分解与合成算法

离散小波框架 (Discrete Wavelet Frame, DWF) 是一种基于多尺度分解的融合方法, 比较标准的小波变换 (DWT) 有平移不变的特性, 该特点对于融合彩色和红外图像很重要, 因为在实际中保证2个源图像的完全配准很难达到, 存在配准误差, 平移不变的特性能够使得融合方法对配准误差不敏感, 可以用来开发具有鲁棒性较好的融合方法。

在DWF算法中, 信号f被分解为小波序列$\tilde{\omega }{}_i(k)$和尺度序列si (k) 。

$\begin{array}{l}\tilde{\omega }{}_{i+1}(k)=[g]{}_{\uparrow 2}i*s{}_i(k)‚(1)\\ s{}_{i+1}(k)=[h]{}_{\uparrow 2}i*s{}_i(k)‚i=0,\cdots ,{\rm I}。(2)\end{array}$

式中, s0=f;h和g为原型滤波器;[h]↑2i和[g]↑2i为第i层的分析滤波器, 分析滤波器的构成是在原型滤波器元素之间插入适当数量的零值而得。

信号f的重构公式为:

$f=\tilde{h}i*s{}_i(k)+{\displaystyle \sum _{i=1}^{{\rm I}}\tilde{g}}{}_i*\tilde{\omega }{}_i(k)$。 (3)

式中, $\tilde{h}$、$\tilde{g}$为合成滤波器。

使用DWF算法实现第i级图像分解和合成框图如图1所示。

2彩色图像与红外图像融合技术

2.1彩色空间转换

彩色图像与红外图像融合处理流程中使用了RGB至HSV (H:色度, S:饱和度, V:亮度) 及RGB至LAB颜色空间转换。利用这些颜色空间转换实现融合后的图像的色彩修正处理, 能够实现将源彩色图像的逼真色彩赋予融合后的图像。

RGB至HSV颜色空间转换方法:对于任意3个在[0, 1]范围内的R、G、B值, 其对应HSV颜色空间中的H、S、V的值可由下式计算:

${\rm H}=\arccos \{\frac{\left[\left(R-G\right)+\left(R-B\right)\right]/2}{\sqrt{\left[\left(R-G\right){}^2+\left(R-B\right)\left(R-G\right)\right]}}$, (4)

$\begin{array}{l}S=1-\frac{3}{\left(R+G+B\right)}\left[\min \left(R,G,B\right)\right]‚(5)\\ V=\frac{1}{3}\left(R+G+B\right)。(6)\end{array}$

在LAB颜色空间, L代表亮度, A代表红-绿色度, B代表黄-蓝色度。相比较RGB和HSV颜色空间, 用LAB空间中每种颜色只需要一个参数来表示。因此, 在LAB空间对图像颜色进行处理更加方便。首先将RGB图像转换至XYZ空间, 再转换到LAB空间。由RGB空间转换到XYZ空间的公式如下:

由XYZ空间向LAB颜色空间的转换公式如式 (8) 所示:

式中,

2.2融合处理流程

红外图像与彩色图像融合处理流程如图2所示。将输入的彩色图像记为Vrgb, 包括了R、G、B三个彩色通道, 将其变换到HSV空间 (记为Vhsv) 。彩色图像的V通道, 代表图像的亮度, 用于与红外图像融合。其他的2个通道H、S与原彩色图像的色彩最接近, 承载着源彩色图像的颜色信息, 被用于修正融合后图像的颜色。

在融合开始, 将原始的IR图像进行负片转换, 这样做的原因是一些隐藏的武器有时在IR图像的负片中更加明显。采用基于离散小波框架的融合方法将彩色图像的V通道分别与IR图像及IR-1图像进行融合处理。

彩色图像和IR图像、IR-1图像的融合方法如下:

① 通过重采样方法将低分辨率的IR 、IR-1图像变成与高分辨率的彩色图像相同分辨率的图像, 实现2种图像的配准;

② 将IR、IR-1图像和彩色图像的亮度分量图像进行直方图匹配增强处理;

③ 用DWF变换分别将IR、IR-1图像和彩色图像的亮度分量图像分解为DWF表示, 低频系数:$\left\{{\rm P}D{}_{LL}^i\right\}$, 高频系数:$\left\{{\rm P}D{}_{L{\rm H}}^i‚{\rm P}D{}_{{\rm H}L}^i,{\rm P}D{}_{{\rm H}{\rm H}}^i\right\}‚i=1,2\cdots {\rm I}$;

④ 为了增加融合后的图像的空间信息, 使用多尺度对比度增强方法增强彩色图像的亮度分量, 采用如下非线性函数映射每一级带通图像:

${\rm P}E{}_i(x)=\{\begin{array}{cc}G{}_i\left(1-\frac{|x|}{{\rm M}}\right){}^{{\rm P}}+x,& for|x|\le {\rm M}\\ x,& \text{其}\text{他}\end{array}$

式中, M为非线性增强的最大值;Gi为增益系数;i为带通图像的级数;

⑤ 直接用IR或IR-1图像数据I代替彩色图像的亮度分量中的的低频通带分量, 这样可以有效地在融合后的图像中保留红外图像的信息。融合后图像的低频率系数是$\left\{{\rm I}\right\}$, 高频率系数为:

$\left\{{\rm P}E{}_{L{\rm H}}^i,{\rm P}E{}_{{\rm H}L}^i,{\rm P}E{}_{{\rm H}{\rm H}}^i\right\},i=1,2\cdots {\rm I}$;

⑥ 执行DWF反变换获得融合后的图像。用DWF实现IR、IR-1图像和彩色图像的亮度分量图像进行融合的流程如图3所示。

2.3融合后图像色彩修正

如图2所示, 在用DWT实现IR、IR-1和彩色图像的亮度分量融合后获得了2个融合后的灰度图像。需要将源彩色图像的自然色彩赋予融合后图像, 使用如下步骤完成对融合后图像的色彩修正处理:

① 将彩色图像的V通道 (Vv) 赋给绿色通道, 将Vv和IR融合后的图像赋给红色通道, 将Vv和IR-1融合后的图像赋给蓝色通道。得到伪彩色图像 (FIrgb) ;

② 将伪彩色图像赋予接近源彩色图像的色彩。一般情况下, 冷区域武器在IR-1中呈现亮色, 它们在融合后的图像FIb中呈现亮色。因为FIb被赋给了蓝色通道, 因此, 冷区域在伪彩色图像中呈现蓝色。为了同时获得彩色图像中的色彩及保留IR图像中的有用信息 (隐藏的武器) , 需要对伪彩色图像进行处理;

③ 将伪彩色图像和彩色图像进行RGB彩色空间向LAB空间变换 (表示为F1LAB ( F1L, F1A, F1B) 和VLAB (VL, , VA, VB) ) 。用下面的方法获得了一个新图像F2LAB (F2L, F2A, F2B) :

(F2L, F2A, F2B) = (VL, VA, F1B) 。

F1LAB的L和A通道被彩色图像VLAB的L和A通道替换, 再将图像F2LAB从LAB彩色空间变换到RGB彩色空间获得图像F2rgb。用上述的替换方程, 彩色图像F2rgb的色彩与原始彩色图像的色彩接近, 并且它结合了从IR图像的重要信息 (隐藏的武器) ;

④ 应用下面方法处理图像F2rgb, 可以使融合后的图像的背景内容与原彩色图像的背景接近一致。将图像F2rgb转换到HSV空间 (F2HSV (F2H, F2S、F2V) , 用下面的过程获得新图像F3HSV (F3H、F3S、F3V) ,

(F3H、F3S、F3V) = (VH, VS, F2V) 。

即F2HSV的H和S通道用VHSV的S和V通道代替。

通过上述步骤可以对融合后的图像的色彩进行修正, 使其色彩接近于源彩色图像, 利于人眼对战场图像的判读, 提高情报员对战场侦察图像的判读效率和对图像上目标信息的识别能力。

3试验验证及效果分析

3.1试验图像验证

为验证所提出的彩色图像和红外图像的融合方法的效果, 使用了多组图像进行测试, 一组试验图像及融合后的结果图像如图4所示, 融合图像具备了彩色图像的色彩信息和高分辨率信息, 包含了红外图像中的隐藏的武器目标信息。

3.2融合效果分析

为了客观、定量评价融合图像的质量, 判断融合后的图像继承源彩色图像和红外图像的信息量的大小, 采用条件交互信息量的方法衡量源图像向融合图像转移的信息量。融合图像F和源图像A、B的条件交互信息量计算公式为:

$C{\rm M}{\rm I}=1-\frac{{\rm H}(A,B|F)}{{\rm H}(A,B)}$。

式中, H (A, B) 表示源彩色图像和红外图像的联合熵, 定义为:

${\rm H}(A,B)=-{\displaystyle \sum _{i,j}p}(i,j)\log p(i,j)$;

H (A, B|F) 表示给定F时, A, B的条件熵, 定义为:

${\rm H}(A,B|F)=-{\displaystyle \sum _{i,j,k}p}(i,j,k)log\frac{p(i,j,k)}{p(f)}$。

CMI的值越大, 表示融合图像从源图像中获取的信息越丰富, 融合效果越好, 1表示源图像的全部信息都转移到了融合图像 (理想情况) 。计算图4中的源图像和融合图像的CMI值为0.877 68, 根据经验, 这表明了融合图像从源图像继承的分辨率、对比度及颜色等信息量很大, 融合图像满足战场图像分析的需要。

4结束语

战场图像中以可见光彩色图像与红外图像居多, 应用离散小波框架融合方法与彩色空间变换组合方法实现可见光彩色图像与红外图像融合, 使融合后的图像保留了红外图像发现的隐藏的武器目标、彩色图像的高分辨率信息及自然的色彩信息。融合后的图像更有利于指挥员对战场图像的判读、发现和识别目标、获得更加丰富的战场态势感知。

摘要：针对被广泛应用于战场侦察的彩色图像及红外图像, 提出了一种应用离散小波框架的融合处理与彩色空间变换相结合的处理方法实现这2类图像的融合技术。给出了这种融合技术的流程和处理步骤, 并用彩色图像和红外图像进行了融合算法测试, 计算了融合图像与源图像的条件交互信息量。试验证明采用这种融合处理后的结果图像能够保留彩色图像的高分辨率和真实的色彩信息, 同时包含红外图像发现的隐藏的武器目标信息。

关键词：图像融合,彩色图像,红外图像,离散小波框架

参考文献

[1]牛轶峰, 赵博欣.像素级图像优化融合客观评价指标分析[J].计算机与数字工程, 2010, 38 (3) :116-122.

[2]CARPER J W, LILLESAND T M, KIEFER R W.The Use ofIntensity-hue-saturation Transformation for Merging SPOTPanchromatic and Multispectral Image Data[J].Photogrammetic Engineering and Remote Sensing, 1990, 56 (4) :459-467.

侦察卫星那些事儿 第4篇

在侦察卫星领域，美国在种类、数量和技术的先进性上都居世界第一。美国的侦察卫星系统由军事专用、民为军用和商为军用3种方式构成。

1960年8月，美国成功发射了世界第1颗侦察卫星——“锁眼”1号（又叫“发现者”13号）光学成像侦察卫星。至今，美国已发展了6代“锁眼”系列光学成像侦察卫星。现役的“锁眼”12号分辨率最高，达0.1米。

近年，美国五角大楼正在研究一种新的光学成像侦察卫星，它在距地面3.6万千米高的地球静止轨道运行，其灵敏的镜头可一次性捕捉地球40%的地表图像，且能在任何时候传回实时高分辨率视频与图像，媒体将它称为“间谍卫星之王”。

以色列从二十世纪80年代开始自己研制成像侦察卫星，并于1988年9月19日成功发射了名叫“地平线”1号的试验型光学成像侦察卫星，从而成为世界上第8个自行研制并发射卫星的国家，也是世界上第3个拥有侦察卫星的国家。

2014年，以色列成功发射了“地平线”10号雷达成像侦察卫星。它是第4代“地平线”卫星的代表，质量约400千克，具备高度的敏捷性和自主性，可拍摄大量高清晰卫星图像。该卫星采用的小型平台可适应多种类型有效载荷，携带全色/多谱段相机。由于采用光学拼接技术，所以具有图像融合生成能力。

长期以来，欧洲在军事航天方面一直依赖于美国，发展非常缓慢。以法国为主研制的“太阳神”光学成像侦察卫星先后发射了4颗，其中“太阳神”1号A、1号B为第1代，分辨率为1米;“太阳神”2号A、2号B为第2代，分辨率为0.5米。其实，在科索沃冲突中，第1代“太阳神”已经升空，首次作为一种实战工具，被成功地用于空袭计划的制定和轰炸效果的分析等。

在冷战时期，苏联曾研制和发射了大量的侦察卫星，无论在数量上还是在种类上都可以与美国抗衡。苏联解体后，由于经济不景气，俄罗斯侦察卫星日益衰落，卫星发射数量大减，鲜有新型侦察卫星问世。

2013年6月27日，俄罗斯用“飞箭”火箭成功发射了“秃鹰”-E1卫星。该卫星是俄罗斯军队的首颗雷达卫星，载有S频段合成孔径雷达，既可实现对地面的连续扫描，也可定点观测，分辨率为1米-3米。2014年，俄罗斯成功将“琥珀”-4K2M-9大型光学成像侦察卫星送入太空。该卫星分辨率为0.3米，成像期间可降低近至距地点150千米，把2个装有胶片的载入舱送回地面。此外，主载荷舱将在卫星任务末期返回地面，将剩余的胶片带回。

与之相比，包括印度在内的一些其他国家目前也在进军侦察卫星领域。印度研发的“制图”2号B分辨率达0.8米。目前，印度正研制具有更高分辨率的“制图”3号、4号，它们将于2015年-2016年发射，全色分辨率0.3米，幅宽为6千米。

中国侦察卫星水准让世人惊叹 第5篇

中国很早就认识到返回式侦察卫星的重要性。早在1965年制定中国卫星系列规划时, 就把返回式侦察卫星确定为中国卫星发展规划的一个重点, 并于1975年获得首次飞行试验和返回成功, 成为继前苏联和美国之后, 第三个成功发射返回式卫星的国家。

这一成就重要性在于:从此中国拥有了自己的战略侦察手段, 可以为中国的战略导弹确定目标, 并能监视他国的军事部署和调动情况, 还能检查中国自己军事目标的伪装情况, 军事上的价值无法替代。从1992年到1996年, 中国已连续成功地发射和回收了3颗卫星。

海警情报侦察系统功能模型研究 第6篇

目前海上安全已经成为了一个新的关注点,海上安全是我国和谐稳定的重要基础。自海警队伍整合以来,在解决海上争端,维护国家主权发挥着越来越重要的作用。由于海警队伍处于整合的初期阶段,海监、渔政、边防海警、海关缉私警运用自己的情报侦察系统及装备执行任务,而维权执法行动需要统一的、更高效的指挥手段和软件、硬件的支撑。当前,中国海警情报侦察系统在情报收集、分发、共享手段尚不先进,在海上维权执法、打击犯罪等方面侦察力量较为分散。海警情报侦察系统在一定程度上可以改善海、陆、空、天、电领域获取情报后信息融合、无缝衔接等问题。本文根据现有技术手段,按照海警执法维权行动过程中情报侦察活动的信息流转设计功能模块,利用海基、陆基、空基、天基等侦察方式获取的情报信息,通过接口实现各传感器数据的互联互通互操作,为在执勤执法过程中打击海上犯罪及信息化条件下维权执法力量联合行动制信息权中发挥重要作用,通过系统科学的方法,有效地预防和打击犯罪,提高警务效能,维护社会的和谐稳定。

2 海警情报侦察系统需求分析

2.1功能需求分析

针对这些用户的功能需求分析,形成了系统的功能设计。系统设计主要功能有 :

1. 多源的情报信息搜集 :通过对红外探测仪、声纳侦察仪、雷达侦察仪等电子侦察设备传来的数据进行汇总,全方位多角度的搜集情报信息,为打击海上犯罪,维护国家主权提供有力的情报支撑。

2. 统一的格式处理 :将搜集到的情报根据案件情况筛选有用的情报,并通过对各传感器的数据信息进行统一的格式化处理,将所得到信息按照指挥员的要求存储在系统指定的数据库中,为系统处理信息提供标准格式的数据支持。

3. 情报信息的共享 :在信息收集过程中各行动单位之间能够有效地为彼此提供信息支持,在同一的指挥下合理地部署各自情报侦察力量。

4. 情报信息的融合 :随着海上形势复杂多变,对一体化联合执勤执法能力要求的不断提高,为更好地应对信息化条件下维权执法工作的开展,各种执勤要素、执勤系统在指挥控制系统的支撑下融合成一个有机整体,为共同感知现场态势、实时共享现场信息、准确协调现场行动、开展执勤执法任务提供支持。

3 系统的功能结构模型

根据信息的收集、传递、分发、共享等要素设计情报侦察系统功能模型示意图,如图1所示 :

情报侦察系统分别由以下几个模块组成 :情报源接口模块、数据格式处理模块、数据存储模块、数据检索模块、情报融合模块、反馈控制模块。

1. 情报源接口 :情报源接口主要由各个传感器接口组成,基于海基、陆基、空基、天基等侦察方式,通过各传感器接口汇总到情报源接口中,是情报的搜集过程。

2. 数据格式处理 :将情报源接口搜集到的信息进行筛选出相关的情报,并对各传感器的数据信息进行统一的格式化处理,为情报处理提供支持。

3. 数据存储 :通过对统一处理过的相关情报信息进行存储,方便数据信息的检索、调用以及查询,为海警情报的侦察探测、传递、研制和使用提供迅捷的手段。

4. 情报检索 :采用一定得检索方法,更加快速的查询与案件相关的信息,并为各行动单位之间能够有效地为彼此提供信息支持。

5. 情报融合 :这一级的信息融合,除了接收各个探测系统送来的融合目标状态和属性外,还需将收集的情报进行加工处理,在统一的界面中显示行动现场的实时态势。

(1)像素层融合 :是对各传感器输出的信号进行分析与综合,该层融合可提供更精确、更可靠的情报。

(2)特征层融合 :是对传感器的原始情报进行预处理和特征提取,对特征情报进行综合分析和处理。

(3)判定层融合 :可通过不同的传感器对同一目标观察,完成基本的预处理、特征提取等,是高层次的情报融合,该层融合可提供实时的情报。

6. 反馈控制 :反馈控制是指将系统的输出信息反馈到输入端,与输入信息相比,利用二者的偏差进行控制的过程。反馈控制利用过去的情况来指导现在和将来。对情报源接口、数据格式处理、数据存储、数据检索、情报融合等模块进行优化反馈控制,从而使指挥员得到的情报信息能更加准确的把握现场态势,从而做出切实可行的行动预案。

4 结束语

国外地面无人化学侦察装备发展趋势 第7篇

利用同一种地面无人平台搭载多种不同的化学侦察任务载荷,可以减少专用平台数量,提高基础平台的质量和作战效能,降低其使用和维修成本。如美国的多用途无人侦察车“MATILDA”可以在1 min内换装多种现成的核化传感器载荷。

2 向具备伴随侦察能力的方向重点发展

伴随作战模式要求无人地面化学侦察装备应先于作战部队行动,如要求小型无人地面车辆实现对单兵、班排的伴随;中型无人地面车辆实现对连、营的伴随;重型无人地面车辆实现对旅、师的伴随。美军现役无人地面化学侦察装备在实战运用中已经逐渐体现出伴随特点。在伊拉克战争中,美军多次使用i Robot Packbot和Talon无人地面车辆进行单兵和班排的辅助执行任务,它们先于士兵进入危险街道和建筑物进行侦察,很好地保持了战争双方距离,弥补了城市作战中对进攻方的不利因素,在降低人员伤亡的同时,提高了城市作战效能,并使“地面非接触作战”成为可能。

3 向更强自主能力方向发展

虽然无人地面化学侦察装备得到快速发展,但还不足以完全取代有人侦察装备。核心问题是尚不能实现真正的自主操作。当前,大多数的无人地面车辆应该确切地称为遥控车。无人地面侦察车辆具有较强的适应能力和学习能力,可以接受指派的复杂任务,并通过学习适应复杂环境,在没有人为干预下执行任务。

4 向多平台协同方向发展

当前,多辆无人地面侦察车协同作战、无人车辆与无人机协同作战、无人车辆与有人车辆联合作战等模式都在研究之中,将成为未来军用无人地面化学侦察车辆的主要作战模式。美国空军研究实验室正在开发遥控探测和响应系统,该系统将至少包括3种不同用途的军用无人地面车辆,共同完成侦察、监视和作战任务。

照相侦察卫星系统的研究与分析 第8篇

近些年来, 随着卫星应用技术的发展, 照相侦察卫星在现代战争中的作用显得日趋重要和突出, 各国对照相侦察卫星的需求也不断增加。如何从数量和质量上使之更加适合军事行动的需要, 是现阶段军事发展的一个非常重要的课题, 也是进一步提升军事力量, 维护国家安全的重要手段。最近几次高技术战争中军事卫星所发挥的强大作用, 充分显示了空间力量对战争进程和结果的巨大影响力。开展和加强对照相侦察卫星系统的研究和分析, 对于发展我国军事图像情报应用技术和应对他国侦察卫星的侦察, 具有十分重要的现实意义。[1]

2、特点分析

照相侦察卫星是军用卫星当中数量最多、应用最广的一类卫星。同其他侦察手段相比, 它具有如下优点:

(1) 范围广。照相侦察卫星居高临下, 视野开阔。在同样的视角下, 卫星所观测到的地面面积是飞机的几万倍。

(2) 速度快。在近地轨道上的照相侦察卫星, 一个半小时左右就可绕地球一圈, 这更是其它侦察工具所无法比拟的。

(3) 限制少。卫星的飞行不受国界、地理和气候条件的限制, 可以自由飞越地球任何地区。

因此, 照相侦察卫星能获得其他手段难以获得的情报, 对军事、政治、经济、外交等均有重要作用。照相侦察卫星自1959年出现以来, 发展迅速, 已成为一些国家获取情报的最有效工具。[2]

3、系统组成

按照相侦察卫星系统的功能对其进行结构分析, 有利于从总体上认识和分析系统构造, 能够方便快速地利用照相侦察卫星所提供的图像情报。本文根据实际应用过程, 将照相侦察卫星系统划分为情报收集、情报处理、情报传递、情报应用和情报评估5个部分。这个系统应是闭环结构系统, 如图1所示。

a) 图像情报收集系统

情报收集主要依靠侦察卫星本身。照相侦察卫星利用光电遥感器拍摄地面图像, 利用高分辨率的成像设备, 获取地面或水面目标的图像信息, 直接收集图像情报。

b) 图像情报处理分析系统

情报处理分析系统的任务是将卫星下传的图像信息进行融合并做出判断, 以获得有关战斗环境的实际条件, 其过程包括情报预处理、处理、管理几个方面。按照图像情报数据的存在形式, 可分为静态情报处理、动态情报处理、反馈情报处理、综合情报处理和用户需求情报处理5个方面, 其结构如图2所示。

c) 图像情报传输与分发系统

目前各国十分重视图像情报传输和分发系统中网络的应用, 其通信模型利用离散事件模拟环境生成, 主体在精简指令集的工作站上, 并使用C编程语言, 在媒体资源控制器基础上生成节点模型。它模拟OSI模型的下3层, 其中物理层表示在情报控制系统结构中打算使用的各种通信系统的媒体;数据链路层操作限于简单的确认/否认协议;网络层的路由算法是典型列表算法的修改文本。其结构如图3所示。

d) 图像情报应用系统

视图像情报应用对象的不同可有多种划分方法。按照情报应用的空间区域可划分为陆基照相侦察卫星应用中心、空基照相侦察卫星应用中心和天基照相侦察卫星应用中心;按照情报应用的军兵种可划分为陆军照相侦察卫星应用中心、海军照相侦察卫星应用中心、空军照相侦察卫星应用中心和天军照相侦察卫星应用中心;按照作战规模可划分为战略照相侦察卫星情报应用中心、战役照相侦察卫星应用中心、战术照相侦察卫星应用中心;按照单位级别可划分为集团军照相侦察卫星应用中心、军级照相侦察卫星应用中心、师级照相侦察卫星应用中心、团级照相侦察卫星应用中心直至单人照相侦察卫星应用中心。因此, 照相侦察卫星应用系统是一个关系复杂、体系庞大的网络拓扑结构。[3]

e) 图像情报评估系统

照相侦察卫星情报评估系统的任务是对卫星情报的可靠性、可用性进行分析, 找出薄弱环节, 以便修正和利用。它包括对卫星情报收集系统、卫星情报传输系统、卫星情报分发系统和卫星情报应用系统的评估。

4、体系结构

4.1 基本层面

照相侦察卫星系统的体系结构模型大体有三个基本层面, 即作战体系结构、系统体系结构和技术体系结构。作战体系结构描述了各种卫星情报作战平台之间的情报信息需求, 反映出照相侦察卫星的任务、功能和与其它天基情报系统的联系;系统体系结构表达了照相侦察卫星系统的物理布局和相互关系, 其主体是各种计算机系统和通信系统;技术体系结构表述了照相侦察卫星系统的技术支持, 主要有技术发展规划体制、技术标准和协议等。[4]

4.2 体系结构框架

作战体系结构描述为满足作战需求应建立的情报信息系统, 以及情报信息系统的空间部署和情报交换所支持的作战任务等。照相侦察卫星系统大体上可以分为陆基、空基和地基3部分。各种作战要素之间的情报交换需求大体为:地面要素之间采用各种无线、有线和光缆通信;其他各要素之间采用各种无线电通信, 如图4所示。

照相侦察卫星系统的系统体系结构, 按功能区分为图像情报指挥控制系统、图像情报侦察监视与预警系统、通信与计算机系统、气象系统和导航定位系统。各系统内部的诸多子系统, 以及用于各系统之间互连互通的软硬件体系, 均属系统体系结构的范畴。通常, 系统体系结构直接向作战体系结构提供情报保障, 这是系统体系结构的基本需求。

5、技术实现

5.1 设计思路

体系结构主要是解决多军兵种之间的互联、互通和互操作问题。因此, 在体系结构设计中, 研究重点是从体系结构中找到互操作途径, 确定情报交换信息, 解决各军兵种之间的接口问题。设计过程中根据照相侦察卫星系统3个体系结构之间的关系, 以作战体系结构的需求为牵引, 以现有系统体系结构为起点, 确定技术体系结构。在作战需求方面, 主要表现为人机界面要求、情报存储标准、情报处理框架和情报信息传输框架。人机界面要求通常表现为指挥员参谋人员对系统界面的要求;情报存储标准通常表现为情报的存储格式和要求等;情报处理框架通常表现为对各种应用软件进行设计、操作与配置所使用的标准、规范、接口和方法;情报传输框架通常表现为确保情报传输的通信及网络的规范和协议。在系统体系结构方面主要表现为应用技术的发展现状和软硬件的装备水平。技术体系结构的制定、标准和协议, 必须参照系统体系结构的状况。

5.2 实现途径和方法

照相侦察卫星系统体系结构是通过该系统的体系结构产品集描述的。体系结构产品是指在体系结构描述过程中以及描述其有关的用途特性中所开发的图形、文字和表格等项目。完成后的产品集就构成了对照相侦察卫星系统体系结构的具体描述。在体系结构中, 体系结构产品根据其地位与作用被分为基本产品和支持产品。基本产品包含基本的信息和关系, 是所有系统的体系结构描述所必需的产品, 它构成开发体系结构所需的最小产品集。支持产品是对基本产品中内容的进一步补充说明, 由用户根据描述的照相侦察卫星系统的体系结构有选择地使用。

6、结束语

本文结合顶层设计与一体化建设, 按照系统工程的思路, 对照相侦察卫星系统的开发进行了研究, 对体系结构解决多军兵种之间互联、互通、互操作问题的途径与方法进行了初步探讨, 以此加深对美国卫星情报应用和管理情况的认识, 进一步推动我国照相侦察卫星系统管理向条理化、现代化模式转变。

参考文献

[1]罗小明, 军事卫星应用系统作战效能评估研究[J], 装备指挥技术学院学报, 1998, 4

[2]阎晋, 军事情报学[M], 北京时事出版社, 1999

[3]鲍梅卡尔斯基, 科学研究中的情报系统[M], 北京科学技术文献出版社, 1986

侦察灭火机器人 第9篇

从功能上划分，目前的消防机器人有4大类，即灭火机器人、侦察机器人、攀登营救机器人和救护机器人。而从控制方式来分，消防机器人可分为遥控消防机器人和自主消防机器人两种。今天，我们就来了解一下侦察灭火机器人的身体状况和职责所在。

机智神勇的“消防员”

机器人作为一种智能化机器，必须具有如下功能：一、它的动作机构类似于人或其他生物体某些器官（如肢体、感官等）的功能；二、具有通用性，它可能面对各种各样的工作，因此动作程序需灵活易变；三、拥有一定程度的智能，如记忆、感知、推测、决策和学习能力等；四、有独立性，完整的机器人（机器）系统在工作中不需要依赖人为操纵。

侦察灭火机器人就是这样一个智能机器人，我们可以从它在火灾现场承担的工作和责任，看出侦察灭火机器人如果被应用到消防领域，一定是一名机智、神勇的“消防战士”。

首先，侦察灭火机器人要懂得路径规划和实施。它必须能对所要侦察的目标进行巡视，并且能够在侦察目标内安全的行走。因此，侦察灭火机器人要解决的首要问题就是如何行走，也就是火灾现场的路径规划问题。这要求它必须有全局侦察路径规划的能力。对不同目标，制定不同的侦察路径策略，以指导自己对目标进行全局扫描侦察。

其次，灭火机器人必须知道当前自己所处的位置，这个位置非常重要。机器人需要根据当前位置，结合全局的侦察规划，确定自己下一步的行走计划；对于已发现的火源，机器人将通过确定火源相对自己当前位置的坐标，确定火源在整个侦察目标中的位置。同时，机器人还必须识别行走中的障碍，并对它们进行分类；然后，确定避开障碍的方案。它要收集从传感器中得到的信息，确定行走中将会遇到的各种障碍。这些障碍可能是台阶、墙壁等各种突起物，也可能是地面的凹凸，或者各种人为放置的障碍等。对于已经识别的障碍，它需要确定是否能够直接越过；对于不能越过的障碍，还必须确定适合的规避方案。

侦察灭火机器人的另一大优点是对火源的识别和定位。它在行走过程中对环境进行侦察的同时，也对传感器中得到的信息进行分析，在可疑信息处作适当的停留，以求采集更多、更详细的数据，进行分析判断，来判定周围是否存在火源。对确定存在的火源，则通过确定火源相对于自己的位置，来确定火源在整个现场侦察目标中的实际位置。

对于已经识别的火源，侦察灭火机器人必须具有能够区别诱发火灾的火源与各种非火灾火源的能力。一般，在火灾发生初期，诱发火灾的火源会随时间不断增长而变大，我们能看到火焰的边缘不断抖动，并有愈演愈烈的趋势；而非火灾火源的火焰则相对稳定。知道了这一点，就可以帮助机器人识别火源类别。

对于已经识别出火源的火灾，灭火机器人接下来要做的就是判定火灾的大小，确定能否用自身携带的灭火设备进行灭火。若是可以扑灭的小火，它会确定灭火方案，及时扑救；对于不能扑灭的火灾，则要确定逃跑策略。而且，灭火机器人必须能确定火灾等级，通过不同的报警方案，比如报警铃声的急缓、报警声音的长短等，方便火灾外围营救人员了解现场内火灾大小（强弱）的信息，及时采取适合的救援方案和措施。

这些工作看起来很复杂、耗时，其实都是人们根据多次模拟方案提前设计好的程序，借助这些电子程序和部件来指导侦察灭火机器人机智迅速的完成灭火救援工作。

侦察灭火机器人的“器官”

侦察灭火机器人一般由运动机构、传感器、控制器和自身保护系统等构成，下面我们看看这些“器官”是如何组成及工作的。

运动机构——自由行动的保证。这是一个由许多机械零件集合体构成的动力学体系，它的功能包括行走和灭火等。而“行走”是侦察灭火机器人运动机构最主要的功能。通常，依据不同的建筑形式，要求有不同的行走机构。

对于在地面行走的灭火机器人，一般采取轮式或者履带式行走机构。采用这种行走机构的机器人不仅能在不规则地面行走，而且能够爬过300米的斜坡和台阶，还能跨越25厘米的垂直障碍。如果遇到高层建筑，为了能从高楼外墙爬上建筑，需要采用吸盘式的行走机构。而对于在地下行走的灭火机器人，可灵活采用其他行走方式。

与行走机构相比，灭火机构要简单一些。由于侦察灭火机器人一般在目标建筑的内部工作，通常可采用便携式的灭火设备。灭火剂的选择必须考虑灭火效率，不同的火灾场景、来源和灭火器携带的难易程度等。对固体火灾，可选用水作为灭火剂；而对于油类火灾，可选用泡沫、二氧化碳作为灭火剂。

传感器——信息的载体。它负责采集工作现场的各种信息，并将这些信息传递给控制器。传感器类似于人的五官，可分为触觉、非触觉、嗅觉和各种有线、无线的信号传输装置。

为了能在恶劣的环境中工作，侦察灭火机器人必须快速准确的感知其工作环境的各种信息，从而对下一步的动作做出判断。这些信息包括行走过程中对障碍的感知，对工作环境温度的感知等。用于感知障碍的传感器有接触式和非接触式两种。接触式传感器通常在机器人接触障碍物时才能给出信息，因其给出信息的时间滞后，多用于慢速行走的机器人。而非接触式传感器采用光、声波等信息介质，其测障原理类似于雷达，能在早期给出障碍物存在的有关信息，从而提高机器人的行走速度。

控制器——灭火机器人的“大脑”。它是灭火机器人的核心部分，主要功能有：①对机器人行动的规划，使机器人有序的工作；②了解工作环境，采集和存储工作现场的信息，并对火灾进行判断和分析；③与外界进行信息交互。

嵌入式微处理器以某一种微处理器内核为核心，集成了定时/计数器、看门狗电路、I/O、脉宽调制输出等各种必要功能和外设，因此，相比于传统的顺序控制器，它更适合用作侦察灭火机器人的控制器。嵌入式微处理器从简单的单片机到复杂的DSP（数码声场处理技术）芯片，包括一个很大的范围；通过编写相关应用程序，微处理器就可以完成从简单的数据采集到复杂的图像处理等各种工作，从而使侦察灭火机器人真正具有了人的“智能”。

自身保护系统——安全工作的“守护神”。在恶劣的环境中，侦察灭火机器人必须保护好自己才能正常工作。这要求它有良好的热防护系统，以保证自己在火灾现场工作时不被烧坏，保证内部工作电路正常。因此，灭火机器人车体材料一般由一些耐火构建组成，并配备有水冷却系统。为了防范来自火灾现场已泄漏的可燃气体的爆炸危险，侦察灭火机器人还必须具备良好的防爆功能。

当然，侦察灭火机器人毕竟只是一部机器，它不可能具备我们消防队员的所有智能；而且，一种类型的侦察灭火机器人不可能适用于所有的建筑场合。因此，必须研究不同建筑结构的特殊性，并有针对性的研制出相应的侦察灭火机器人，才能使它未来在火灾第一线——人力所不能及的地方，发挥最大作用。

侦察信息记录器的设计研究 第10篇

无人机从过去主要是执行空中侦察、战场监视和战斗毁伤评估等任务的作战支援装备,升级成为能够携带和施放致命或非致命武器执行压制敌防空系统、对地攻击,甚至可以执行对空作战任务的主要作战装备[1],此类无人机一般采用光电侦察设备进行侦察扫描、追踪、锁定,再配合任务系统采用精确制导武器进行精确打击,在研制阶段科目演练,实弹训练时需要不断分析视频。图像及通信链路等数据进行验证评估,在服役后的任务执行结束后,也同样需要分析数据进行打击效能评估,这就需要一种可以实时记录设备,本文对此类侦察信息记录器进行了设计研究。

1 系统架构

侦察信息记录器归属于此类无人机的任务系统,接收来自任务管理计算机的指令,根据指令执行信息记录的功能,记录任务管理计算机实时转发来的任务参数,来自光电侦察追踪设备的模拟视频信号,来自航空相机的CameraLink图像数据,电子战设备发来的同步422信号。记录器相关的系统连接关系如图1所示。

针对系统架构分析得知侦察信息记录器须有以下功能:

(1) 因为需要记录光电侦察设备传来的模拟视频信号,所以需要有1路模拟视频输入接口:用于压缩记录;

(2) 因为需要记录航空相机传来的Cameralink图像数据,所以需要有1路Cameralink图像数据输入接口:用于压缩记录;

(3) 因为要接受来自任务管理计算机的RS 422指令和数据,所以需要有1路异步全双工RS 422接口;用于接收指令和数据记录;

(4) 因为要接受来自任务管理计算机的1553B指令和数据,所以需要有1路1553B接口接收指令;

(5) 因为记录来自电子战设备的同步RS 422数据,所以需要有1路同步422输入接口需记录;

(6) 经过长时间记录,模拟视频数据文件和Cameralink数据文件容量都很大,所以有必要将存储设备设计为可便携拔插;

(7) 有USB 2.0标准数据接口,以便机上或机下导出数据。

2 硬件设计

2.1 需求分析

该记录器有多种接口数据需要记录,几种数据接口的数据流量估算如下:

(1) 1553B数据为指令,带宽虽为1 Mb/s,但实际时间性指令数据流量极小,和模拟视频及图像数据流量相比,几乎可以忽略不计。

(2) RS 422波特率为115 200 b/s,假设有周期性数据流需要记录,数量不大于10 Kb/s。

(3) Pal模拟视频(720×576)经经H.264格式压缩后的数据流为256 Kb/s;H.264 最大的优势是具有高压缩率。在同等图像质量的条件下,其压缩率是MPEG-2 的2 倍以上,是MPEG-4 的1.5～2 倍[2];

(4) Cameralink接口是由多个摄像头和图像采集设备供应商制定的[3],一副完整Cameralink图像数据的大小应为4 008×5 366×12 b,即约为33 MB,按照压缩比为2～4倍进行无损压缩,系统要求采集、压缩、存储所需的时间为不大于4 s,所以平均下来数据流不大于4 Mb/s。

通过对总体方的技术要求的分析,可以归纳出视频记录部分具有如下的特点:

(1) 考虑到总线利用率(一般只能用到总线速度的30%),所以处理器数据总线上处理速度应不小于5 Mb/s;

(2) 记录模块的写入速度不应小于5 Mb/s;

(3) 若连续记录模拟视频和RS 422信息24 h产生22 GB左右数据文件,图像数据记录时间为5 h产生70 GB左右数据文件,记录模块的容量需要不小于100 GB;

(4) 考虑的数据量以及数据导出设备接口的通用性,导出接口采用USB 2.0接口;

(5) 需要存储固态盘具有持续高速读/写能力,并要求抗冲击振动、宽温。

2.2 方案论证

对于CPU处理平台的选择,提出2种方案来进行比较。一种是以PowerPC 8245+FPGA的方案,另一种是以X86系列模块+FPGA的方案。这两种方案选择的关键是PCI总线上设备的读/写速度。它们的比较情况见表1。最终选择PowerPC 8245平台。

软件操作系统则使用VxWorks实时操作系统,它支持以上2种硬件平台[4]。

2.3 设计实现

根据以上需求分析,系统按电气功能可划分为以下几个主要部分:

(1) 数据处理模块,PMC标准形式板卡[5],PowerPC8245平台,可根据需要升级;

(2) 1553B接口模块,PMC标准形式板卡,提供1553B接口;

(3) 接口信号处理模块(含RS 422、同步422、视频、图像等接口),3/4ATR标准形式,模块上留有两个PMC标准接口,用于放置上述两种模块;

(4) 大容量存储模块,可便携拔插,有数据导出接口;

(5) 电源,母板模块;其内部组成示意如图2所示。

2.3.1 数据处理模块

数据处理模块以Motorola MPC8245为模块核心,通过自带PCI总线接口扩展为PMC接口;通过存储器接口外部扩展FLASH、SDRAM、非易失存储器资源。整个模块将采用5 V供电。模块对外提供标准PMC总线接口。

2.3.2 1553B模块

1553B模块采用满足标准1553B总线,为记录器提供1553B总线接口,作为RT使用[6],采用PMC子卡形式。

2.3.3 接口信号处理模块

接口信号处理模块主要应包括以下功能块:

(1) 图像处理功能块。以DSP ADV202+FPGA为架构形式完成对一路CameraLink接口的压缩处理,并对外形成PCI接口,通过PCI接口进行数据传输。

(2) 视频处理功能块。使用FPGA和H264专用压缩芯片对一路PAL视频数据进行压缩处理,并对外形成PCI接口通过PCI接口进行数据传输。

(3) 串口功能块。提供异步全双工RS 422接口和2路同步RS 422接口。

(4) PMC1接口。PMC1用于安装PMC_CPU模块,作PCI主控模块。

(5) PMC2接口。PMC2用于安装MBI模块,作PCI设备模块,以供CPU管理调用。

(6) PCI转PATA接口。可以连接PATA接口的电子盘模块。

该模块的的原理框图如图3所示。

2.3.4 大容量模块

大容量模块主要负责接收记录视频处理模块传送的数据,并可以支持便携拔插。以便能方面导出所记录数据,使用PATA接口与CPU进行数据传输,容量为128 GB,满足使用所需的100 GB,且容量可扩展,对外设计USB 2.0接口。

另外该大容量模块采用供电隔离的技术,可以在记录器不加电的情况下,直接从USB接口导出数据,也可以便携取下大容量模块进行数据导出的工作

2.3.5 电源模块

记录器中的电源模块主要负责为记录其中其他模块提供5 V电源,其供电特性满足GJB181A-2003要求。电源模块的原理框图如图4所示。

电源模块主要技术参数如下:

(1) 2路直流27 V输入,余度供电,任意1路有效电源模块都能正常工作,符合机上供电要求;

(2) 5 V直流输出,设计电流10 A,满足各功能模块功耗总和不大于35 W的要求;

(3) 12 V直流输出,额定电流2 A,满足低温时加热电路(15 W)使用要求。

3 软件设计

侦察信息记录器软件包括:

(1) VxWorks操作系统。操作系统内核负责多任务调度[7]、存储器管理等功能[8],驻留在数据处理模块(PPC8245)上。

(2) 接口模块驱动软件。实现1553B总线通信管理、RS422串行通信、视频压缩传输,图像压缩传输、电子盘访问等功能。

(3) 系统BIT程序。主要负责自测试功能。

(4) Tornado 2.2集成开发环境,提供一套系统软件编译、链接、调试工具集。

(5) 应用软件。主要包括:初始化、接收指令、判断指令、根据不同指令进行RS 422记录、视频记录、图像数据记录、同步422数据记录,应用软流程图如图5所示。

4 工程设计要点

该记录器在工程设计实现方面有以下几点需要特别注意:

(1) 电源模块必须是5 V纹波低于50 mV以下,且不能有干扰脉冲[9],因为模拟视频信号为弱信号,若纹波过大,会导致所记录画面有明显水波纹;若有干扰脉冲,记录画面会有明显色块及抖动。

(2) 该设计中对视频压缩芯片使用了问温控加热膜,当温度低于指定温度,便自动加热,经试验考核,此设计能保证低温情况下,芯片能正常工作。

(3) 大容量模块需设计为便携试拔插形式,采用免工具快卸螺钉,以便能快速拆卸和安装,满足战时需求,同时设计为容量可扩展的,以便根据需要直接升级容量。

(4) 对大容量模块采用独立腔体设计,减少与其他模块之间的电磁干扰,提高整机电磁兼容性[10]。

(5) 由于该设计中主控CPU模块是以PMC子卡形式使用,在设计接口处理模块时需将模块上的PCI接口电路合理布局,以便使各个PCI接口电路距离主控模块基本相当,能实现阻抗匹配和驱动能力基本均衡。

(6) 应用软件中需根据任务需求对不同周期任务的耗时进行估算、测试,以达到每个周期任务都能合理均衡的执行各自任务。

5 结 语

该侦察信息记录器兼容了有人作战飞机的常用通信接口,满足了该类无人机对各种不同类型接口信息的的综合记录功能,采用模块化的软件硬件设计方式,实现了功能性能上的可裁剪、可配置和可升级,同时还满足了中型大型无人作战飞机更加严苛的环境使用要求,可以在此类无人机的研制和使用中发挥非常重要的作用。

参考文献

[1]王超,董秋杰.侦察打击一体化无人机武器系统的研究[J].科技创新导报,2009(4):6-7.

[2]邵坤.基于H.264的网络视频监控系统设计[J].中国科技信息,2010(4):99-100.

[3]龚德福,高广珠,何智勇.图像采集压缩和高清分析并行处理的硬件系统设计[J].现代电子技术,2010,33(17):132-135.

[4]林继民,吴怡,林萧.基于Linux嵌入式系统开发平台的构建及应用[J].现代电子技术,2010,33(18):31-33.

[5]王绪利,周群.PMC串行通讯接口板的设计[J].工业控制计算机,2010(1):76-77.

[6]李世良,许永辉.PCI总线智能GJB289A仿真卡设计[J].现代电子技术,2010,33(20):114-116.

[7]曹庆年,张金森,孟开元.VxWorks多任务调度策略研究[J].信息科技,2008(5):124-125.

[8]王学龙.嵌入式VxWorks系统开发与应用[M].北京:人民邮电出版社,2004.

[9]祁伟.线性分布式电源减少输出纹波的一种控制方法[EB/OL].[2008-10-11].http://www.info1.bta.net.cn/csp/cb-psc/bpsc_books/bpsc_books_16j.htm.