超低空分布式多傳感器探測節點(diǎn)的設計

通信模塊即 GPRS 模塊，采用索愛(ài)公司生產(chǎn)的GR47，該模塊內嵌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據通信接口(UART1、 UART2 和UART3)。模塊支持AT 命令集，有命令狀態(tài)和在線(xiàn)狀態(tài)兩種工作狀態(tài)，處于命令 狀態(tài)時(shí)，模塊接收MCU 通過(guò)串口發(fā)送的指令;處于在線(xiàn)狀態(tài)，即數據模式時(shí)，可進(jìn)行數據 傳輸，此時(shí)不響應命令，直接傳送所接收到的數據。該模塊體積小，開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)便，內嵌TCP/IP 協(xié)議棧，使用戶(hù)不用自己開(kāi)發(fā)復雜的TCP/IP 協(xié)議棧軟件，大大降低了開(kāi)發(fā)難度，也最大程 度上縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期。該模塊需要一張開(kāi)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，保存一些重要的數據，這些數據在系統掉電后是不能丟 失的。主要存儲探測中心IP 和端口號、口令、采集數據等。 電源模塊是采用太陽(yáng)能電池并加以備用的鋰電池，電源部分通過(guò)加一些必要的濾波及電 壓轉化電路，來(lái)最終輸出24V、12V 和5V 的3 組直流電，供各個(gè)傳感器和微處理器等部件 使用。

GPS 模塊利用GPS 系統對分布的多傳感器探測節點(diǎn)進(jìn)行授時(shí)和定位，在確定各探測節 點(diǎn)準確位置的同時(shí)，保證各探測節點(diǎn)的時(shí)間的高度一致。

傳感器部分根據不同的應用環(huán)境分別動(dòng)態(tài)地設置相應的傳感器，高可靠性地完成目標的 探測、發(fā)現、識別、定位及圖像拍攝等。隨著(zhù)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，必須使用多傳感器進(jìn)行探測。在幾百米以下的超低空領(lǐng)域，通過(guò)紅外傳感 器、聲傳感器、震動(dòng)傳感器等基本可以有效地探測和識別進(jìn)入該區域的目標，通過(guò)紅外熱像 儀等攝取圖像，以便更準確地判斷目標，更好地進(jìn)行信息融合。

4 分布式多傳感器探測節點(diǎn)的軟件設計

軟件部分主要由多傳感器數據采集和GPRS 遠程數據通信兩部分組成。多傳感器探測數 據采集及處理部分實(shí)時(shí)探測和識別該區域的目標信息，經(jīng)過(guò)微處理器轉化成相關(guān)傳送數據; GPRS 遠程數據通信部分實(shí)時(shí)通過(guò)GPRS 與監控中心服務(wù)器進(jìn)行通信。

4.1 多傳感器探測數據采集及處理

多傳感器探測數據采集是指在探測節點(diǎn)運行的一個(gè)采集周期內，紅外傳感器、聲傳感器、 震動(dòng)傳感器等輸出的AD 轉換值。微處理器對采集的數據進(jìn)行預處理，如果發(fā)現可疑的目標 信息，啟動(dòng)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據傳送到監控中心服 務(wù)器。

在數據傳送過(guò)程中，由于各項參量數據不是獨立傳送的，所以首先要采用TLV(標識、 長(cháng)度、數據)的格式對所有的數據按順序進(jìn)行編碼打包。然后，再以固定的長(cháng)度對打包好的 數據進(jìn)行分塊，分塊的目的是保證每次送入網(wǎng)絡(luò )的數據長(cháng)度適中，易于網(wǎng)絡(luò )傳輸。之后再調 用數據傳輸子程序把每塊數據順序發(fā)送出去。

在數據傳輸子程序中，原始數據塊依次由應用層數據傳送命令報文、傳輸層 UDP 包、 網(wǎng)絡(luò )層IP 包和鏈路層PPP 幀報文進(jìn)行封裝，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(hù)數據報協(xié)議) 協(xié)議，該協(xié)議是一種面向無(wú)連接的傳輸協(xié)議，其本身沒(méi)有應 答機制和命令重發(fā)機制，屬于小的、節約資源的傳輸層協(xié)議， 傳輸速度快。而我們在應用層采用了應答和重發(fā)機制，所以 可以確保數據被收到。網(wǎng)絡(luò )層則采用IP 協(xié)議，IP 頭里包含 了本機IP 地址和監測中心IP 地址，指出了數據的傳送路徑。

4.2 GPRS 遠程數據通信

使用GPRS 模塊上網(wǎng)進(jìn)行數據傳送，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(jiǎn)單，具有較高的可靠性 和穩定性，但是靜態(tài)IP 的申請和使用需要較高的費用;二 是采用動(dòng)態(tài)IP 結合DNS 域名解析的方式，每次上線(xiàn)的IP 可能不同，但可以通過(guò)DNS 動(dòng)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(zhuān)線(xiàn)接入方式，通過(guò)申請APN 專(zhuān)線(xiàn)接入GPRS 網(wǎng)絡(luò )，然后給每個(gè)模塊分配固定IP，組成一 個(gè)私有廣域網(wǎng)，這種方式也需要較高的費用。

本系統采用了第二種方式獲得本身 IP，而后臺監控中心 服務(wù)器的IP 是固定的。采用GPRS 模塊上網(wǎng)時(shí)，GPRS 模塊 首先完成撥號登陸，然后進(jìn)行數據傳輸。實(shí)現動(dòng)態(tài)IP 方式 上網(wǎng)通信的處理流程如圖3 所示。

5 結束語(yǔ)

本文創(chuàng )新點(diǎn)是：利用GPRS 網(wǎng)絡(luò )作為遠程無(wú)線(xiàn)數據通信平臺，可充分發(fā)揮通用無(wú)線(xiàn)分組 業(yè)務(wù)數據傳輸的優(yōu)勢，把遠程分布的多傳感器探測節點(diǎn)所探測到的信息實(shí)時(shí)、有效地匯集在 一起，實(shí)現了超遠距離的信息融合，可實(shí)時(shí)進(jìn)行目標發(fā)現、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。