转发式北斗导航卫星信号性能评估的研究与实现

北斗一代在使用过程中存在隐蔽性不良,定位实时性差等问题,为了实现北斗导航信号的性能评估,相对于以往的硬件形式,如硬件接收机、频谱分析仪、矢量网络分析仪等,提出了以软件接收机的方法对北斗导航信号进行性能评估。首先分析了转发式北斗导航信号评估的意义、内容与方法,并采用软件接收机的形式进行评估;然后研究了转发式北斗导航的信号性能评估关键技术,给出了捕获、跟踪、评估参数计算的程序流程;最后根据实测数据在Linux高性能集群系统上进行了测试验证,实现了北斗导航信号的捕获、跟踪以及评估中的评估参数计算。测试结果表明,文章中的设计方法可实现北斗导航信号性能的评估,效果良好,评估内容、指标易于调整,便于软件算法参数的测试、升级,可为后续的卫星导航信号评估以及算法测试等提供了一定的依据。     

卫星导航接收机自动测试系统

为了满足卫星导航接收机整机性能快速、精确测试的需求,实现对导航接收机性能的自动测试,构建了一种基于NI PXI硬件平台,采用导航信号模拟器、虚拟仪器技术和Microsoft Visual Studio 2008软件进行开发的卫星导航接收机自动测试系统。系统实现了多导航接收机的定位精度、冷启动首次定位时间、热启动首次定位时间、捕获灵敏度、速度精度的并行自动测试。良好的人机交互界面与多接收机并行测试的稳定运行,大大缩短了测试时间,提高了测试效率。通过对北斗导航接收机大量测试,结果表明该卫星导航接收机快速测试系统对于导航接收机整机性能并行测试快速、有效。     

北斗实时卫星共视时间传递技术及其性能评估

全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）时间传递技术以其低成本、高精度、广覆盖范围等特点，广泛应用到高精度时频领域。传统卫星共视技术利用全球卫星导航时间比对标准（Common GNSS Generic Time Transfer Standard,CGGTTS）共视文件实现事后高精度时间传递，很难实现实时时间传递。为满足数字换流站、电力物联网、移动通信等对实时、高精度时间传递的需求，研究了基于北斗三号全球卫星导航定位系统（BDS-3）伪距观测数据的实时卫星共视技术，开展了短基线和西安-三亚长基线北斗实时卫星共视时间传递实验来评估实时共视时间传递性能。实验结果表明北斗实时卫星共视时间传递精度优于1 ns，可为时频系统、数字换流站等应用领域提供纳秒级时间同步和纳秒级时间溯源服务。     

机载北斗/GPS/SINS组合导航系统软硬件设计

针对单一导航导航系统在导航精度、稳定性、设备成本以及导航信息完备性等方面的局限性,设计了卫星导航/惯性导航组合导航系统。针对GPS导航系统受制于人及北斗导航系统发展尚不完善的特点,提出了基于北斗/GPS/SINS的军用机载组合导航系统软硬件设计。搭建了北斗/GPS/SINS组合导航系统硬件平台,采用基于不确定度的加权平均数据融合算法提高组合导航系统的导航可靠性和准确性。仿真结果表明,该组合导航系统稳定性好,可靠性高,定位准确。     

铁路运行环境下的车载相机姿态估计

基于对铁路运行环境中所拍摄的图像特征的分析,提出了一种修正的线段检测子(MLSD),并利用该线段检测子结合最小二乘拟合及交叉迭代优化方法对消失点进行快速检测,进而利用消失点坐标实现了相机姿态的估计,为后续调整机器视觉算法进行铁路运行环境的场景重建提供重要依据。运用该方法,基于车载相机所拍摄的图像对车载相机姿态进行估计,实验所得的估计值满足了车载检测系统的精度要求,表明了此方法对于估计相机姿态有效的。     

一种四路车载视频监控系统的设计与实现

针对目前汽车电子智能辅助系统的现状和市场需求,提出了一种基于多路视频解码复合技术和OSD显示技术的四路车载视频监控系统的设计方案。通过360度无死角四路鱼眼摄像头采集车身监控视频画面,实现多分割自由切换显示。阐述了视频监控系统的原理及软硬件模块的实现方法,重点讨论了视频分割、OSD显示模块的实现。最后,完成了整个系统的设计,并给出了实际运行结果。相比同类型的其他方案,成本下降了约三分之一。     

基于DHCP网络协议的人流密度Web监控系统设计

为了降低踩踏事件发生频率,设计并实现了基于DHCP 网络协议的人流密度Web监控系统,该系统通过DHCP网络协议将现场的人员图像实时传输给服务器,塑造了认证服务器和检测服务器,采用面向服务的架构以及依据角色访问控制相融合的技术管理监控人员的权限,监控人员依据不同的权限进入Web监控平台,Web监控平台实时的通过网络分析、控制、监控终端等模型监控和管理人员流动图像数据,并使用依据人员像素密度阀值的自主报警模块对人流密度进行报警,最终减少了人员踩踏事件的发生;采用该系统对某车站入口处监测点进行应用实验,在Matlab7.0平台上完成测试,实验时Web通信划分成外部干扰能够忽略和外部干扰不可忽略两种情况;仿真时间定为3 000 s,实验结果表明利用文章系统对人流密集区域监控的准确率达到97%左右,误差平均在3%左右,而传统设计误差在20%以上,表明文章系统的鲁棒性更强,更适合推广应用。     

商用车维修服务链关键技术研究

作为构建商用车维修服务链的关键设备,设计了一种基于J1939协议的车载商用车故障诊断系统。该系统扩展了传统车载故障诊断系统,利用无线通讯技术将采集到的J1939车辆故障信息和GPS定位信息实时上传至车辆监控中心。目标是实现商用车车辆动态监控、故障诊断和预警以及车辆维修保养服务的网络协同管理。系统以Cortex-A8为主控制器和嵌入式Linux为平台,包括故障采集与分析模块,利用Qt设计用户界面。经多次测试实验,故障诊断快速准确,无线传输数据实时性强,丢包率低。     

基于变焦镜头的机载相机监控系统设计及试验

机载遥感监控系统因其灵活机动、可重复使用且风险小的优势,为专题化、智能化获取国土、资源、环境等遥感信息提供了有力的支持。为了满足大视场范围监控和小视场特定目标观测的需求,设计并实现了基于变焦镜头的机载相机监控系统,能够实现12倍的连续变焦,包括电动变焦控制、高速成像存储以及不同分辨率图像拼接等。在经过地面可靠性验证和总体功能完善后,完成了航空搭载飞行试验,获取了相对航高为3000m、约7GB的连续变焦的不同地面分辨率图像,利用四分法改进的SURF(Speeded-up robust featrues)拼接算法对不同地面分辨率图像进行连续拼接,能够得到大场景范围的良好拼接图像,并保持高分辨率图像的细节部分。     

封底照片说明

2009年4月15日,我国继2007年4月发射了第一颗“北斗”导航卫星后,又发射了第二颗“北斗”导航卫星,卫星运行在地球的静止轨道上。科学家们计划2020年前后建立运行在3种轨道,共计30多颗卫星的全球导航卫星系统,是集导航、定位、授时、通信为一体的空间核心基础设施,可提供开放服务与授时服务。“北斗”卫星导航系统在用户容量、服务区域、动态性能、定位精度、使用方式和抗干扰能力等方面表现优异,并与国外卫星导航系统兼容。     

基于全方位振动传感识别的采集存储分离油田智能监控系统设计

视频监控是一种非常有效的监控方法,但在野外（偏远油田、无网络）且无人看管的情况下,一旦监控存储系统遭到人为破坏,监控系统便形同虚设。针对无网络且无人看管的偏远油田,设计了一种基于全方位振动传感识别的采集存储分离油田智能监控系统,该系统通过超声波探测触发图像采集,提取振动属性,进行入侵判断,确认入侵时启动图像采集存储系统,通过先进的OFDM无线传输技术将采集后的图像快速存储在百米外的存储器中,实现监控图像及指定数据的可靠记录,确保监控数据的安全性。     

基于红外探测技术的汽车夜视系统研究

为了保证夜间及恶劣环境行车安全,提高驾驶员对前方目标识别的准确度,提出一种基于近红外成像技术的汽车夜视系统,该系统采用主动式近红外探测技术的车载夜视仪。系统主要由前端红外发射单元、红外线成像单元和图像显示单元组成。现场试验夜视系统识别漏检率为1.3%。实验结果表明传统车灯所辐射的大部分红外成分对夜间照明是无用的,可见光能效较低,而基于红外图像处理的汽车夜视系统能够有效地保证汽车安全驾驶。     

基于Linux的嵌入式实时视频跟踪系统

将ARM与DSP相结合,设计并实现了一套嵌入式实时视频传输跟踪系统;该系统以集成ARM和DSP双内核的OMAP3730作为核心处理器,首先通过ARM上搭载的Linux操作系统实现基于V4L2的图像采集功能,然后调用DSP完成H.264视频编码,压缩后的图像由基于实时流传输协议的流媒体服务器传输至远程计算机端解码并显示,最后利用camshift跟踪算法实现对运动目标物体的实时跟踪。该系统是小型无人机自主导航与控制的视觉导航以及以无人机为平台的运动目标检测的基础,有很好的应用前景。     

基于Wi-Fi Direct的道路交通状态信息采集方法

针对传统交通状态信息采集中采用的环形线圈车辆检测器存在布设和维护难度较大等问题,提出了一种基于Wi-Fi Direct的道路交通状态信息采集方法,以实现对基本的道路交通流状态参数进行采集估计。该方法利用车-路通讯设备实现车辆与路侧设备的通信;以车载通讯设备的Wi-Fi芯片介质访问控制层地址完成车辆个体识别;通过车载通讯设备中的北斗定位装置向路侧设备提供车辆实时位置及时间信息,进而实现道路区段内交通流基本状态信息估计。实验测试表明,该方法能够完成路段平均速度、交通流量及车流密度的采集和估计,是一种有效的道路交通信息采集方法。     

基于CMOS图像传感器的车载高清全景成像系统设计

为了满足未来车载全景辅助泊车系统对高清视频图像的需求,以美国OmniVision公司的OV10635低功耗、高分辨率、高动态范围CMOS图像传感器为例,提出了应用210°超广角鱼眼镜头的高清720P车载全景成像系统的电路设计方法以及高速图像传输和调试应注意的问题,并通过选取超低EMI信号传输的双向FPD-LinkⅢ串行/解串器实现了传输距离远、信号质量稳定、传输速率1Gbit/s以上高清数字图像数据的高速传输。通过实际测试表明,对CMOS图像传感器电路的设计达到了车载全景成像系统的高清成像稳定性、小型化等要求。     

基于激光多普勒测速仪的车载组合导航

 针对车载纯捷联惯性导航系统(SINS)导航精度随时间增长而降低的不足,提出了基于激光多普勒测速仪（LDV）这一新型速度传感器的组合导航方案。通过建立SINS/LDV组合导航系统的状态方程和量测方程,设计了系统的卡尔曼滤波器,并对组合导航系统进行了仿真模拟。结果表明：SINS/LDV组合方案能够有效减小SINS导航参数随时间的累积误差,可以实现全自主、高精度导航;当LDV测速精度为0.1%时,组合导航系统的位置精度提高了2个数量级,速度精度提高了1个数量级。     

基于云计算的多特征疲劳驾驶检测系统研究与设计

随着私家车的普及,人们对汽车安全性、舒适性要求不断提高,通过对当前车载系统分析和汽车驾驶员疲劳驾驶状态研究,提出了一种基于信息融合的多特征疲劳驾驶检测方案。方案采用高性能嵌入式系统平台与云计算相结合的方式,首先,通过嵌入式系统采集驾驶员面部图像;然后,将数据传输到Face+ 云计算平台,分析当前驾驶人员身份、年龄与微笑程度;最后,采用数字图像处理技术计算驾驶员头部位移以及统计眼睛眨动规律,综合三种指标预测驾驶员是否处于疲劳状态,实时监测驾驶员驾驶全过程。当检测到驾驶员处于疲劳驾驶状态,则通过语音的方式提醒驾驶员注意行车安全、谨慎驾驶。测试结果表明：该方案检测精度高、实时性强,并且易于和车载系统整合并推广使用。     

基于FPGA的OV7620视频信息获取系统

为了满足实时、快速地获取并处理视频信息,提出以Altera公司Cyclone系列的EP1C12Q240C8为核心芯片构造硬件开发平台,使用Verilog HDL语言对CMOS图像传感器OV7620的驱动时序进行硬件描述。系统采用SCCB编程模式,建立FPGA芯片与CMOS图像传感器之间的通信,实现信号的控制与获取。为了实现在不同环境和需求下的操作要求,设定了CMOS图像传感器内部的相应寄存器和控制器。实验结果表明,该系统通过灵活控制CMOS图像传感器OV7620,为实现视频监控、工业现场监控等应用提供了稳定可靠的原始信息来源。     

四轴飞行器视觉组合导航系统设计与实现

为实现四轴飞行器的自主飞行,设计了该视觉导航系统;采用基于ARM处理器的飞行控制器和导航控制器的双CPU结构,提高了系统的运行速度;飞行控制部分采用四元数解算姿态,运用经典的PID控制设计了X、Y、Z三个轴的PID控制器进行整个系统的飞行控制;导航部分采用不敏卡尔曼滤波(UKF)融合惯导位置和视觉位置,从而给出载体最优位置,提高导航精度;实验结果表明,基于图像和惯性导航的视觉组合导航方式可使导航精度保持在0.5 m内,同时整个系统具有较好的快速性和稳定性。     

捷联惯导/北斗高精度组合导航方法研究

提出采用紧组合方式进行捷联惯导/北斗组合导航设计,首先对捷联惯导与北斗系统进行误差分析与建模,将捷联惯导系统误差、北斗等效时钟误差相应的距离(伪距误差)以及等效时钟频率误差相应的距离率(伪距率误差)作为组合导航系统状态;利用捷联惯导位置输出与北斗接收机星历输出构造获得等效伪距,将其与北斗接收机测量的伪距对应相减作为量测,推导建立对应的量测方程,采用卡尔曼滤波设计捷联惯导/北斗组合导航滤波算法。仿真结果表明,该组合导航方法的速度精度达到±0.05m/s,位置精度达到±3.2m,水平姿态精度达到±0.4′,航向精度达到±1.6′。