面向战场环境立体监测的图像侦察传感器设计

论文摘要

无线多媒体传感器网络（WMSNs）是在传统无线传感器网络（WSNs）的基础上发展起来的具有音频、视频、图像等多媒体信息感知功能的新型传感器网络。同只具有简单环境数据采集功能的传统无线传感器网络相比,无线多媒体传感器网络能实现细粒度、精准信息的环境监测,在军事上具有非常广阔的应用前景。基于对无线多媒体传感器网络未来广阔应用前景的认识,尤其是考虑到其战场环境立体监测中的巨大应用价值,论文在国家自然科学基金项目“适合于WMSNs的图像压缩算法及多节点协同图像传输技术研究”（No.60872151）的资助下,围绕无线多媒体传感器网络节点即图像侦察传感器中的关键技术开展研究,主要完成了以下几个方面的工作:1、全面综述了多媒体传感器网络的优势,介绍了图像侦察传感器的缺点及其军事应用,总结了多媒体传感器节点的国内外发展现状。2、研究了RSA+RS算法,以实现图像信息安全、可靠传输。安全性上,选取加密算法RSA,叙述其原理,研究其快速实现算法;纠错算法上,选择RS算法,对其进行了Matlab仿真及分析。最后两种算法共同使用时,用Matlab仿真分析了它们的使用前后顺序。结果表明实际运用时,先进行RSA加密再进行RS编码不仅计算量小,而且误码率也较低。3、探讨了适用于传感器网络的无线传输方法,然后对它们进行比较分析。选择了基于Nrf2401的无线传输方式,并对Nrf2401进行了深入研究与实验。结果表明该无线模块实际传输速度为156kbps,传输距离为32米左右,与理论分析相符合,适用于图像侦察传感器。4、介绍了双正交重叠变换（LBT）的基本原理和LBT的二进整数实现算法和定点实现算法。分析比较了定点LBT和二进整数算法,确定定点LBT更适合无线多媒体传感器网络。提出了定点LBT的DSP并行实现方法,充分考虑行列变换的结构特点,设计了任务分配方式,进行了具体仿真实验。结果表明上述DSP并行实现方法较好的解决了无线多媒体传感器网络中图像压缩实时性问题。5、设计了一种图像侦察传感器。该传感器用OV9650采集图像信息,以DSP芯片TMS320C6204为处理器,Flash芯片HY29LV160为系统程序代码存储器,SRAM芯片CY7C1049DV33进行数据流的缓存,无线传输芯片Nrf2401用于信息传输。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 课题研究的意义
• 1.2.1 无线多媒体传感器网络的优势
• 1.2.2 现有图像侦察传感器的缺点
• 1.2.3 图像侦察传感器军事应用
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 本文的主要内容及结构安排
• 第二章 图像侦察传感器加密及纠错编码技术研究
• 2.1 加密算法研究
• 2.1.1 加密算法比较分析
• 2.1.2 RSA 算法原理
• 2.1.3 RSA 算法优化实现
• 2.2 纠错编码算法研究
• 2.2.1 纠错编码算法比较分析
• 2.2.2 RS 算法优化实现
• 2.2.3 RS 算法仿真分析
• 2.3 综合应用仿真
• 2.3.1 综合算法设计
• 2.3.2 仿真与结果分析
• 2.4 小结
• 第三章 适用于无线多媒体传感器网络通信技术的研究与实现
• 3.1 无线通信技术研究现状
• 3.1.1 Zigbee 技术
• 3.1.2 普通射频技术
• 3.1.3 UWB 超宽带技术
• 3.1.4 Wi-Fi 技术
• 3.1.5 红外（Infrared Red）技术
• 3.1.6 蓝牙（Bluetooth）技术
• 3.2 无线通信技术选择
• 3.2.1 UWB 技术分析
• 3.2.2 Wi-Fi 技术分析
• 3.2.3 其他技术分析
• 3.2.4 Zigbee 与普通射频技术比较
• 3.3 Nrf2401 实验研究
• 3.3.1 实验程序设计
• 3.3.2 Nrf2401 通信分析
• 3.3.3 实验及结果分析
• 3.4 小结
• 第四章 无线多媒体传感器网络图像压缩技术的研究与实现
• 4.1 图像压缩技术研究
• 4.1.1 图像压缩算法标准
• 4.1.2 现有图像压缩算法的优缺点
• 4.1.3 基于双正交重叠变换的图像压缩技术
• 4.2 双正交重叠变换研究
• 4.2.1 双正交重叠变换
• 4.2.2 LBT 的二进整数实现
• 4.2.3 LBT 的定点实现
• 4.2.4 算法比较分析
• 4.3 定点LBT 的DSP 并行实现
• 4.3.1 LBT 变换的任务设计
• 4.3.2 DSP 并行处理设计
• 4.3.3 实验结果与分析
• 4.4 小结
• 第五章 图像侦察传感器硬件设计
• 5.1 总体设计
• 5.1.1 设计要求
• 5.1.2 总体结构设计
• 5.2 模块设计
• 5.2.1 传感器模块设计
• 5.2.2 处理器模块设计
• 5.2.3 无线通信模块设计
• 5.2.4 能量供应模块设计
• 5.3 硬件总体结构
• 5.3.1 硬件总体框图
• 5.3.2 硬件总体工作流程
• 5.4 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果