基于激光与无线射频的运动目标协同技术与方案研究-硕士答辩.ppt

基于激光与无线射频的运动目标协同技术与方案研究-硕士答辩.ppt

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基于激光与无线射频的运动目标协同技术与方案研究,指导教师：

XXX教授研究生：

XXX,大学硕士学位论文答辩,目录,1,研究背景及意义,1,研究内容,2,研究成果及工作展望,3,发表的学术论文,4,致谢,5,协同通信,车联网,应急通信,军事作战,研究的背景及意义,运动目标之间的智能协同广泛应用于军事、车联网和应急通信等领域，目的主要是解决两个或者多个单天线用户之间的相互配合。

研究的背景及意义,独立拥有与基站BS之间的直接链路可以与对方进行数据的传输利用对方进行信息的转发以获得另外的链路传输。

以两个终端为例，移动台MS1和MS2之间进行协同,主要研究内容,目标协同系统,APT系统,扫描捕获系统,无线射频测距系统,粗跟踪系统,关键技术,硬件设计,软件实现,设计方案,硬件设计,软件实现,相关实验,概述,关键技术,软硬件实现,APT系统：

研究背景,无线激光通信的优点：

通信容量大，通信协议透明无需授权，安全保密性高设备尺寸较小，结构轻便,应用于空间站之间较为合适，能提供大区域内的通信。

光通信系统结构框图,扫描捕获装置,跟踪通信装置,光通信系统功能模块框图,APT系统：

方案设计,系统总体结构框图,用于协同通信的APT系统是一套光机电一体化系统，它集合了光收发装置、电机控制机械装置以及跟踪控制的电子装置,系统工作流程图,APT系统：

方案设计,

（1）初始捕获，终端A执行扫描并等待来自终端B的返回信标光

（2）视场大小决定终端A、B的工作方式（3）若终端B接收到终端A的信标光，终端B发射一束返回信标光（4）终端A检测到终端B的返回信标光后，停止扫描动作，对B进行进一步的位置锁定（5）经过进一步调整，完成一次扫描捕获跟踪功能，建立通信链路,目标协同系统,APT系统,扫描捕获系统,无线射频测距系统,粗跟踪系统,关键技术,硬件设计,软件实现,设计方案,硬件设计,软件实现,相关实验,概述,关键技术,软硬件实现,APT系统：

扫描捕获-扫描镜参数,扫描转镜M1计算光路图,入射光的中轴线与扫描镜之间的夹角为，系统要求为空间120度扫描，设定光束的发散角为5，且可知OP=L0，扫描镜的最小半宽计算即为OC的最大值的确，可得：

APT系统：

扫描捕获-扫描镜参数,M2镜尺寸计算示意图,扫描镜M2的长度为：

扫描镜M2的半宽值为：

扫描镜之间间距：

15mmM1尺寸：

16mm12mmM2尺寸：

68mm20.5mm,APT系统：

扫描捕获-扫描方式,螺旋矩形扫描方式示意图,设扫描每一步的步长为m，扫描方向只有四种（即），分别用数字1、2、3、4来表示，扫描时间间隔为t，则螺旋矩形扫描方程可表示为,扫描步数为：

扫描方向序列为：

APT系统：

硬件设计与实现,运动控制部分由控制芯片模块、电源模块及RS232串口通信模块组成。

AT89S52电路图,控制电路PCB图与实物图,硬件设计与实现：

电源电路与串口电路,开关频率为150KHz的电源芯片LM2596为单片机、串口芯片提供稳定电压,美信公司MAX232R2OUTP3.0/RXDT2INP3.1/TXD,APT系统：

扫描捕获-软件算法实现,运动控制的软件流程图,系统程序设计采用C语言编程，相比汇编语言执行周期短，可移植性强，易学易用开发环境是德国Keil公司提供的基于Windows平台的单片机集成开发环境Vision2,目标协同系统,APT系统,扫描捕获系统,无线射频测距系统,粗跟踪系统,关键技术,硬件设计,软件实现,设计方案,硬件设计,软件实现,相关实验,概述,关键技术,软硬件实现,APT系统：

系统概述,粗跟踪的主要任务是在目标被捕获之后进行目标的初始跟踪，为后续目标进入精跟踪视场范围奠定基础。

位置伺服系统主控模块：

WAFER-945GSE3.5”嵌入式单板机控制电路MCU：

AT89S52探测器：

CCD摄像头,跟踪环路结构图,APT系统：

跟踪系统-图像处理,质心算法的原理是是通过识别矩阵各个像素具有不同的光强而得出光斑的质心,设接收装置激光光斑由mn个像素组成，与单个像素对应的坐标值为（X,Y），其灰度值表示为pij（x,y），处理光斑时的阈值为Sthre，去除背景噪声。

质心坐标可表示为：

APT系统：

软硬件实现,开源计算机视觉库（OpenSourceComputerVisionLibrary，OpenCV）,图像处理流程图,光斑检测流程图,质心算法处理图像,通过光斑检测算法找到了光斑的中心，并用交叉线标出且输出相应的坐标值坐标实际值（58，72）实际测量（55.7,74.0）,APT系统：

实物装置图,APT装置实物图,Solidworks机械图,APT系统：

APT系统关键参数,箱体尺寸：

248mm245mm85mm扫描范围：

空间120角最大转速：

0.958rad/s步进角：

1.8细分数：

16,系统各部分功耗表,目标协同系统,APT系统,扫描捕获系统,无线射频测距系统,粗跟踪系统,关键技术,硬件设计,软件实现,设计方案,硬件设计,软件实现,相关实验,概述,关键技术,软硬件实现,无线射频测距系统：

概述,无线射频终端系统框图,整个系统包括主控模块、测距功能模块、电源模块、存储器模块以及通信接口模块,系统为基于无线射频的测距通信模块，主要应用于地面站之间的协同测距通信。

无线射频测距系统：

测距原理与方案,对称双边双路测距方式（SDS-TWR）根据数据信息包在发射端和接收端之间进行双向传输的时间来计算出到两个节点之间的距离,传输时所需的时间计算公式为：

测距时间显示图,双边双路测距示意图,硬件电路设计：

主控制电路和测距模块,主控芯片STM32F103基于CortexM3的32位RISC内核工作频率可到达72MHz128K的FLASH程序存储器20K的SRAM存储器,功能芯片NanoLOC2.4G射频收发功能通信速率在125k-2Mbps范围之间测距精度为1-2m低功耗,硬件电路设计：

电源电路和寄存器电路,快速瞬态响应的LT1963-2.5电源芯片电源采用3节1.5V电池与5V直流电源选择性供电,串行FlashM25P80高速的8MbitFlash最大时钟速率可达40MHz,硬件电路设计：

串口通信和JTAG接口电路,两串行接口，一个实现与PC机之间的数据通信电平转换芯片选择SP3232,JTAG接口用于实现芯片测试与器件编程四线：

模式选择、时钟、数据输入和数据输出线,无线射频测距系统：

软件设计与实现,程序的载体为无线测距模块，模块利用无线传输实现距离的测量，主处理器与无线收发单元通过SPI总线相连，主要实现如下功能：

（1）SPI总线和无线收发模块的通信

（2）无线收发模块的功能配置（3）启动无线收或发（4）读取无线收发模块测得的距离值（5）通过串口将距离值打印出来,发送端软件处理流程图,无线射频测距系统：

系统装置实物,实物装置图,PCB图和电路板实物图,无线射频测距系统：

测距实验,实验天气良好，实验场地为空旷的操场，分别设定距离间隔为5m和4m，进行了3次实验测量并取其平均值。

无线射频测距系统：

测距实验,实际距离与实测距离曲线,测距误差曲线,研究成果总结,.1设计并研制了一套基于空间光通信的捕获、瞄准、跟踪（APT）系统原理样机，实现了对指定区域的扫描和对目标的捕获与粗跟踪。

.2设计并研制了一套基于无线射频的测距系统终端样机，通过双边双路测距方式实现了50m传输距离的协同测距。

进一步的工作展望,无线射频测距系统,实现准确定位功能研究与其他设备之间的通信连接，如手机、PC机,进行全系统全链路协同通信的研究，将其进行实际应用,感谢我的导师教授，在学习、生活和科研工作以及毕业论文方面给予我的关怀和指导！

感谢物理系诸位老师给予我的教诲！

感谢实验室和宿舍的同学，感谢他们三年来给予我生活和学习上的无微不至的关心和帮助！

感谢我的亲人，他们用辛勤的劳作为我撑起了一方温暖的天空！

感谢所有关心我的人！

祝你们一切顺利！

感谢各位评委老师，祝您们工作顺利！

致谢,ThankYou!