单兵轨迹分析系统的研究与实现

发布时间：2020-03-31 16:48

【摘要】：在当今这个信息化时代,军事作战方式也不断地向信息化发展。随之大力发展的雷达遥感,精确制导等技术,不仅在军事对抗中具有重要作用,也大大推进了民用通信的发展。而随着大数据时代的到来,数据处理的速度越来越高,各类终端逐渐集成化小型化,无线传感网络等物联网技术飞速发展。为了使得军事演习时作战单位的行为动作更加精准,指挥官的军事决策更加合理,在军事演习中加入信息化元素非常重要。因此本文将根据这一要求设计了一个单兵轨迹分析平台。本文先对单兵轨迹分析系统的功能和性能需求进行了分析,并确定了该系统与普通轨迹收集系统的区别。将整个单兵轨迹分析系统分为了单兵终端、轨迹分析服务器、轨迹分析平台终端三个主要部分。其次根据系统需求,对硬件芯片以及模块进行对比选型。对单兵终端嵌入式软件的定位功能、通信功能、传输功能、文件记录功能、安全系统进行了设计,然后根据设计思路实现了单兵终端的硬件和嵌入式软件。然后对单兵轨迹分析系统的软件层进行设计,对单兵轨迹服务器的功能进行了设计。在对网络、数据库、系统架构等技术进行学习之后,实现了高并发、易扩展的轨迹分析服务器系统。然后对平台终端的功能进行设计,并实现了轨迹分析平台客户端。在完成功能后,需要对系统的安全性进行评估,根据现代黑客攻防技术,从数据安全、用户授权、系统高可用三个方面对系统安全性进行强化设计。在完成轨迹平台的搭建之后,对轨迹进行研究。为了使得轨迹分析得到的结果更加准确,需要对轨迹进行预处理。通过算法消除轨迹中的噪声。通过学习和研究轨迹平滑算法,选择合适的方法来补充轨迹中的确实位置点。为了方便战术模型匹配,研究并改进了轨迹数据压缩融合算法。最后通过寻找作战单位与轨迹特性之间的联系,总结出了根据冗余信息和轨迹特性判断作战单位行动状态的方法;通过对战场战术的建模分析,总结出通过作战小队轨迹判断战术行为的方法。最后根据需求对系统的功能和性能指标进行了测试,所有功能均按照要求完成,所有性能指标均达标。
【图文】：

搜索行为,趋势,小队,轨迹

轨迹匹配时需要同步时间轴，否则即使多条轨迹匹配战术任务模型，也不是正确的匹配。因此需要在同步时间轴的情况下进行模型匹配。利用上一节的数据融合压缩算法，将轨迹中的关键点取出进行时间轴同步利用堆排序的思想将关键点进行时间排序，然后将连续的不同轨迹的关键点取出，曲线匹配。效果如图 3-18所示。时间轴同步后使用匹配模块进行匹配，可以得到匹配的战术信息。匹配分为两种匹配方式：趋势匹配和拐角点匹配。趋势匹配是指作战单位的运行轨迹呈现某一种变化趋势，例如若干作战单位的位置在某一夹角范围内逐渐散开，则可以判定为是一种搜索行为。若干作战单位从某一时刻开始，一同向某一方向提速前进，则可以判定为一种追捕行为。拐角点匹配是指将作战单位轨迹中的拐角点取出来进行匹配，例如多个作战单位在某一时间存在相同的拐角点，则可以判定作战小队在进行战术集合。作战小队中的部分作战单位从某一个集合点开始产生 2-3 个拐角点，则可以判定作战小队在进行战术包夹。如图 3-19 所示轨迹分析平台将从某一点散开的多条轨迹判定为搜索行为。

框图,芯片系统,框图

4.2 硬件模块选择及原理图设计4.2.1 蓝牙芯片蓝牙芯片选择 Dialog 公司的 DA14580，这是一款超低功耗的蓝牙[23]芯片，因此常用于各种可穿戴设备的系统中。该芯片集成了蓝牙的无线收发和基带处理，还可以作为独立的应用处理器来使用。所以该芯片同时也是整个系统的主控芯片。选用 DA14580 不仅可以降低系统功耗，增加系统的工作时间，而且由于高度集成化，其外围电路设计所需的元件很少，开发方便。DA14580 芯片的系统框图如图 4-2 所示。其中包含了一个基于 Cortex M0 的32 位处理器。该处理器的工作频率为 16MHz，内存包括 32kB 的 OTP，，42kB 的SRAM，84kB 的 ROM 以及 8kB 系统的保留内存，可以通过一个 JTAG 接口对其进行写入。蓝牙模块部分包括了 BLE 的协议栈[24]和蓝牙收发机。DA14580 的数字接口包括了普通的 IO 口，两个 UART 接口，以及 SPI 和 I2C 接口。此外芯片上还有四个通道的 10 位精度的 ADC。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TJ5

【参考文献】