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关键词： RTK   嵌入式系统   组合导航   数据融合   无人机   捷联惯导  

摘要： 随着科学技术水平的发展,无人机在人类社会中涉及的领域越来越广泛,使用方式和执行的任务也越来越灵活。无人机定位导航系统性能的优劣决定了无人机是否能够自主精准完成任务,其中的关键技术在于提高定位导航技术的精度,从而提高无人机性能。基于无人机自主控制对定位导航系统高精度和可靠性的要求,本文开展了嵌入式高性能RTK定位导航系统技术研究。本文在综合分析无人机高精度定位导航系统需求的基础上,研究了RTK技术及其相关算法,由于PX4开源飞控系统以及RTK算法计算量大、占用内存多,设计了高性能STM32H7芯片与PX4飞控系统、RTK算法集成的结构方案,完成了PX4飞控系统的硬件集成与嵌入式RTK定位系统的移植。随后,介绍了一款高精度RTK定位模块,目的是与前文开发的嵌入式RTK定位系统的定位精度进行试验对比。通过对高精度定位模块和嵌入式RTK定位系统进行外场测试,对位置与速度数据进行分析,证明了嵌入式RTK定位系统可良好工作,精度达到预期,满足使用要求。最后对比了GPS和我国自主研制的北斗导航系统的区别。最后对嵌入式组合导航系统的软、硬件进行集成。研究了基于MEMS微电子传感器的无人机捷联惯导算法,并以捷联惯导为基础,以前文研究的嵌入式RTK定位系统为辅,设计了SINS/RTK组合导航方案,完成嵌入式RTK组合导航系统的集成。最后对组合导航系统进行半物理仿真,证明该组合方案能够得到高精度导航信息。

关键词： 耳机焊点   OpenCV   快速中值滤波   Qt   嵌入式系统  

摘要： 耳机作为“视”与“听”的主要载体之一,已经成为人们必备的日常电子产品。耳机生产过程中,为保证成品耳机的音质品质,在进行焊线之前需要对半成品耳机进行音质测试,目前的测试方式主要以人工操作电声器件测试仪进行测试为主,该方式不仅效率低,而且差异性大。因此,耳机音质的自动化测试设备开始被人们所关注。耳机焊点定位的实现是该类型设备研发过程中必不可少的步骤。本文针对圆形耳机无法利用机械装置准确定位耳机焊点位置的难题进行研究,结合嵌入式与图像处理技术,设计用于圆形耳机焊点识别与定位的嵌入式系统,实现了耳机焊点的识别与定位。主要工作如下:(1)设计基于OpenCV开源库的耳机焊点识别与定位的算法研究。通过灰度化、中值滤波等操作对耳机图像进行预处理,并结合本文耳机图像的特点,针对传统中值滤波时间长的缺点,提出一种适合本文的无排序的中值滤波。在最小二乘法圆拟合的基础上进行改进,提出基于约束的最小二乘法获取耳机外圆的参数,在保证速率的前提下,提升了其鲁棒性。通过连通域标定算法对耳机焊点进行识别,并利用所得参数计算耳机焊点相对于电声器件测试仪探针的偏转角度。(2)耳机焊点识别与定位的嵌入式系统的实现。通过分析对比嵌入式领域中常用的处理器芯片与操作系统,选择搭载S5P6818处理器的GEC6818开发板为平台,通过移植Uboot、Linux内核以及制作根文件系统,完成了Linux操作系统在开发平台上的搭建。通过交叉编译与移植OpenCV3.2.0与Qt5.9.6源码,搭建了软件运行环境,并基于Qt设计了工作界面、浏览界面和设置界面,实现了人机交互的功能。(3)针对该系统的测试精度、实时性与稳定性分别设计实验并进行测试,实验结果表明该系统的测试精度、实时性和稳定性均满足耳机音质自动化测试设备的应用要求,该系统具备一定的实际应用价值。

关键词： 嵌入式系统   坐姿识别   OpenCV   图像识别  

摘要： 随着社会的发展与进步,我国的城市化进程不断推进,这使得越来越多的人选择进入城市中工作、学习和生活。可以预见,久坐将会成为一种日常生活中的常态。而医学研究表明,长时间保持不良的坐姿会损害身体健康。例如,我国青少年近视率不断升高,职业人群肩颈问题日益突出,其根源很大程度上在于长时间的不良坐姿,所以在日常学习、工作中保持正确坐姿对保持健康、预防疾病有着重要作用。但是人们在专注的学习工作中,很难时时刻刻注意保持良好的坐姿,特别是对于自觉性并不特别强的青少年来说。为此,本文设计了一种基于计算机视觉的嵌入式人体坐姿识别装置,在监测到使用者坐姿不正确时给出语音提示,帮助其保持正确坐姿,同时在使用者长时间的学习、工作间隙提醒其运动休息,以达到保护眼睛、预防近视,保持身体健康的目的。本文的主要研究工作如下:(1)设计并实现了一套基于Optor双目摄像头的坐姿识别系统,通过双目摄像头采集人体各种坐姿的三维图像信息,人工手动标记好对应的动作,进行训练,得到一个人体坐姿数据库。将数据库中的信息在应用中与实时采集到的图像进行对比,并结合相应的阈值,来判断使用者的坐姿状态。(2)对基于三维图像信息的人体坐姿识别算法进行了研究,并针对嵌入式系统的特点,对算法进行修改适配后移植到了嵌入式系统上。研究了影响算法识别准确率和运行效率的因素,并在二者之间取得了一个应用效果较好的平衡。(3)实现了嵌入式处理平台与图像采集系统的集成,使得整个设备能够不依赖计算机运行,方便携带移动、在多种情景中都能使用。

关键词： 海洋观测   自持式剖面浮标   嵌入式系统   数据压缩   铱星通信  

摘要： 近年来,随着人们对海洋资源开发、海洋灾害预警、海洋环境保护等需求的不断增加,海洋监测技术得到了越来越多的重视。海洋监测是探索海洋、开发海洋、经略海洋的基础。深海自持式剖面浮标通过搭载多种传感器,能够在剖面运动过程中测量多种海洋剖面资料,在海洋监测中发挥着不可替代的作用。然而,深海自持式剖面浮标测量要素的不断增加给剖面数据处理链路带来了诸多问题,譬如由于长期观测导致数据占用存储空间大、使用卫星与数据接收端通信时费用高且效率低、通信数据不能保证安全性等。针对上述问题,本文设计了深海自持式剖面浮标数据处理系统,并将数据压缩算法成功应用到深海自持式剖面浮标数据处理系统。首先,本文介绍了深海自持式剖面浮标的研究现状,在总结了深海自持式剖面浮标数据处理系统存在问题的基础上,提出了将数据压缩算法应用到深海自持式剖面浮标数据处理系统中的方法,并对数据压缩算法的定义和分类进行概括。其次,本文基于STM32开发板对深海自持式剖面浮标数据处理链路进行硬件和软件设计。硬件部分主要设计了数据采集、数据存储、铱星通信和电源等系统的硬件电路;软件设计包含两部分,一部分是对系统任务程序的设计,包括数据采集解析任务、数据存储任务、铱星通信任务;另一部分是对岸站监控端系统程序的设计,包括系统的邮箱设置、浮标监控和数据查询等人机交互界面。再次,为减少卫星通讯数据发送量,依据数据压缩理论分析深海自持式剖面浮标采集的数据特点,得出数据文件中数据的冗余度类型,并给出Huffman算法和mini LZO算法具体的应用到嵌入式系统的过程,完成了深海自持式剖面浮标的数据压缩与解压任务。最后,通过对4000米深海自持式剖面浮标数据处理系统进行测试,证明了将数据压缩算法应用到系统中的可行性,其中Huffman算法的平均压缩效率为48%左右,mini LZO算法的平均压缩效率达到了78%。实验对比得出Huffman算法在稳定性方面较优,而mini LZO算法在压缩效率和复杂度方面较优,两种压缩算法综合性能均满足系统要求,具有良好的应用前景。

关键词： FPGA   双目立体视觉   嵌入式系统   硬件加速  

摘要： 立体视觉系统能获取真实场景的深度信息,对特定场景实现三维重建,进而完成视觉测绘、视觉导航、视觉避障和路径规划等功能,广泛应用于诸如无人机、机器人和无人驾驶等嵌入式场景。立体匹配是双目立体视觉的关键一环,其匹配精度和匹配速度至关重要,然而立体匹配算法复杂,常常难以同时满足实时性和精度要求。由于FPGA(Field Programmable Gate Array)具有并行性高、灵活性强和功耗低等特性,目前很多应用于嵌入式场景的视觉算法适合在FPGA平台实现。Xilinx公司的Zynq拥有FPGA+ARM的架构,融合了FPGA的并行优点和CPU核的强大功能,因此使用Zynq平台完成视觉系统算法的实现具有广大的应用前景。本文基于Zynq平台设计和实现了双目视觉系统。本文详细分析双目相机模型,完成了双目相机标定,获取了相机内外参数矩阵和畸变系数,并离线完成了极线校正,获取了校正前后的坐标映射关系。然后分析了立体匹配原理,其可分为如下四个步骤:匹配代价计算、代价聚合、视差计算和视差优化,本文使用Census变换结合汉明距离计算初始匹配代价,运用多方向扫描线优化算法实现代价聚合,采用赢家通吃算法获取视差,并使用中值滤波进行视差优化。本文在Vivado开发环境下设计了双目视觉系统硬件逻辑部分,随后将硬件工程配置导入SDK,对其中使用的各模块进行驱动配置和寄存器配置,将采集的左右相机图像同时写入SD卡,为立体视觉IP(Intellectual Property)核设计提供了验证平台,实现了双目采集、传输、存取和显示系统。然后使用HLS软件,结合标定所得参数和极线校正前后的映射关系,实现相机畸变校正、立体校正、立体匹配和视差优化等算法,使用优化指令完成算法加速,并将其封装为立体视觉IP核。最后,在上述Vivado设计的硬件平台中使用立体视觉IP核,实现了双目图像采集、图像处理、图像存取和显示的双目视觉系统。最后,对本文设计的双目视觉系统进行实验评估。实验结果表明,本文设计的双目视觉系统实时性高,算法加速效果明显,系统整体功耗较低,适用于对实时性和功耗要求较高的嵌入式视觉应用场景。

关键词： 3D工业相机   双目视觉   ZYNQ   FPGA   嵌入式系统  

摘要： 传统的二维工业相机在检测复杂的零部件时,对待测工件的平面度、角度、深度、姿态等三维信息区分效果不佳,往往只能通过架设多部相机实现检测,设备成本高,系统搭建复杂。双目视觉技术作为3D工业相机中应用最为广泛的一种方法有着模型简易、效果优良、成本低的优点。它通过双目相机模仿人双眼成像的原理实现,通常需要在相机控制器内对其采集的图像进行运算处理。现有的3D工业相机在图像处理阶段多利用软件控制CPU的相关运算,这类运算在PC机上运行时系统集成度不高,便携性和可移植性不强;在嵌入式系统如X86和ARM处理器中受限于CPU性能,运算时间较长;在带有DSP和GPU的系统中板卡成本高昂,市场需求少。本文针对上述不足,确立了一种基于ARM+FPGA架构的低成本ZYNQ系列芯片作为控制系统CPU的方案。该控制系统方案既可以完成相关任务的串行调度,提高系统集成度,又可以利用FPGA所具备的优异并行运算能力,完成双目视觉中常规图像处理运算任务,并提升了系统运行速度。本文主要对以下几个方面的内容做出了研究和设计:(1)分析了双目视觉三维成像原理和成像模型,对嵌入式图像处理常用预处理算法中的高斯滤波算法、直方图均衡化算法、扩展的基于Sobel算子的边缘检测算法进行介绍,对基于Census变换的立体匹配算法进行了介绍和改进研究。(2)完成了嵌入式3D工业相机涉及的硬件模块的硬件驱动和软件控制设计,包括CMOS图像传感器、HDMI图像显示、基于DMA的系统内部传输方案和基于以太网的系统外部传输方案。基于Verilog语言设计了用于驱动图像传感器和HDMI接口的自定义IP核。(3)针对前文提出的图像处理算法在FPGA硬件上的实现做出了详细的设计和优化实现。设计根据FPGA的并行运算特征,大大缩短了算法实现周期,同时结合针对性较强的优化方法优化了硬件资源的利用率。系统测试结果表明本文设计的嵌入式相机控制方案图像处理结果与PC上软件实现结果基本一致,运算时间大大减少。系统内可以兼容运行嵌入式QT和3D图形库,方便后续应用程序移植。控制器芯片内资源消耗合适,系统整体性能参数满足设计目标,达到市面上3D工业相机的性能指标。

关键词： 室内空气质量   评价因子   嵌入式系统   变学习率的动量BP神经网络   评价模型  

摘要： 随着现代社会生活方式和工作条件的显著变化,城市人口逐渐聚集,室内装饰装修和建设过程中材料的使用日益增加,由于部分施工过程没有对室内空气质量做严格的要求,导致室内空气污染日益严重。因此,室内空气质量评价成为了国内外学者研究的热点。本文以室内空气质量对人体产生的危害程度为依据,在大量查阅相关文献的基础上,选取了5个环境污染物:CO2、CO、TVOC、甲醛和颗粒物作为室内空气质量的评价因子,结合当前最新的国家室内空气质量相关标准,建立了针对学校环境下的教室内空气质量评价标准。首先利用STM32F103ZET6微处理器和工业级气体传感器设计并制作了一个嵌入式系统,用以检测室内空气中相关各污染物的浓度,数据经过微处理器处理后在液晶显示屏上进行现场显示,同时使用无线WIFI模块或者蓝牙技术将污染物浓度数据传送至手机APP客户端,采用蜂鸣器进行现场本地实时报警。为了能科学准确的对室内空气质量进行评价,本文采用BP神经网络建立室内空气质量评价模型,分别利用附加动量法、变学习率法、弹性BP算法、LM算法来优化BP神经网络,通过对算法逐个仿真,发现这些算法在网络训练速度、评价精度方面存在不同程度的缺陷;针对以上问题,本文采用变学习率的动量算法对BP神经网络进行优化,并利用该算法选取合适的网络拓扑结构和参数来建立室内空气质量评价模型,通过MATLAB软件模拟30组测试数据进行多次仿真测试,得出网络在隐含层节点数为6时的仿真结果最佳,此时评价的准确率最低为93.33%,并相比较于传统BP神经网络的收敛速度提高了57.1%,大大提高了网络模型的训练速度和评价精度。为了验证变学习率的动量算法的实用性,利用本文设计的检测系统对大连市某高校十所教室分别从8:00～17:00每隔一个小时在距离地面1.2米处采集一组室内空气各污染物浓度数据,运用该算法建立5-6-1的三层BP神经网络对采集到的数据进行空气质量评价,从评价结果来看,该模型的评价准确率为96%,相比传统BP神经网络的收敛速度提高了60%,表明该模型能对室内空气质量进行合理有效的评价,具有很好的应用前景。

关键词： 密码技术   金融信息化   深度融合   密码应用   数字货币   密码算法   金融业   数字金融   安全防护   云计算  

摘要： 2019年10月26日,习近平总书记签署第35号主席令,颁布实施《中华人民共和国密码法》。密码维护国家主权、安全和发展利益,维护网络和信息安全已上升为国家法律。人民银行历来高度重视密码工作,率先实施密码强芯工程,走出了一条既符合国际惯例又具中国特色的金融密码应用与创新之路。今年,人民银行又举办"金融密码杯"全国密码技术大赛,

关键词： 多模多频   GNSS接收机   Cortex-A8   OEM板卡   嵌入式系统  

摘要： 全球导航卫星系统是一种基于人造卫星的、可在全球或近地表面为用户提供全天候的3维坐标和速度以及时间的无线电导航定位系统。随着GNSS的发展完善,旧有单模式、单频率接收机逐渐无法迎合高精度要求,研制多模多频GNSS接收机已成为当今研究的热点。如今我国GNSS接收机大多依赖国外OEM产品,普遍存在成本高、功耗高、体积大和通用性低等问题。本课题主要以GPS、GLONASS和BDS系统为主要研究应用对象,研制基于ARM+Linux一体化嵌入式多模多频GNSS硬件系统。通过深入研究GNSS系统的应用现状及其接收机的研究现状,指出当下GNSS接收机的发展趋势,从接收机的功能需求和性能需求两方面展开分析,论述本课题的设计目标是提高GNSS接收机的可靠性和通用性,优化硬件平台成本、功耗和体积。根据本课题的设计目标进行系统整体架构设计,对接收机硬件平台各模块和软件平台嵌入式的设计论证,根据功耗、体积等性能指标对器件进行选型,采用成熟OEM板卡的BDM683作为导航接收板卡和基于Cortex-A8内核的AM3358作为主处理器芯片,设计导航接收模块与AM3358通讯的串口与网口电路。根据接收机功能需求,对AM3358最小系统和启动电路进行了最简模块化设计,满足硬件系统的低成本、低功耗需求。外围设计多通道通信接口模块,可实现串口RS232通讯和RS485通讯、USB口通讯、以太网通讯和CAN总线通讯,满足平台在复杂情境下的数据传输要求,有效提高GNSS接收机通用性和集成度。为满足硬件系统的高可靠性要求,设计大容量数据存储模块,扩展512MB Nand Flash存储和2GB DDR3 SDRAM存储,并可插SD卡。根据功能需求,设计电源模块和用户交互模块等。本课题较为详细深入的研究如何在嵌入式系统中实现导航接收模块程序的关键技术,具体的研究移植工作有:确定软件平台采用嵌入式Linux系统对AM3358进行开发,搭建嵌入式Linux的开发环境,实现Uboot移植、内核裁剪移植和文件系统制作,设计导航接收模块驱动程序以及导航接收模块程序,完成软硬件系统的嵌入式一体化设计。本文设计了一种以ARM Cortex-A8处理器为控制平台的能够兼容GPS、GLONASS和BDS导航系统的GNSS接收机。实验表明,GNSS接收机的各模块功能正常,静态定位的精度可达5m,动态定位可见卫星数目多以及位置分布优,证明此多模多频GNSS接收机可实现正常定位。硬件PCB板尺寸为150mm×6mm×10mm,功耗为3W,满足低功耗、小体积要求。冷启动时间:小于60s,热启动时间:小于30s,支持BDS B1/B2/B3+GPS L1/L2/L5+GLONASS L1/L2信号。该接收机的信号捕获、跟踪方法正确可行,具有良好的通用性和可扩展性。

关键词： 政务服务   大数据管理   密码技术   安全认证   粤港澳大湾区   羊城通   经济高质量发展   河南省   核心密码   商用密码  

摘要： 我国首部《密码法》正式施行本刊首席编辑/叶纯青2020年1月1日起,《中华人民共和国密码法》(以下简称《密码法》)正式施行。作为国内密码领域首部综合性、基础性法律,《密码法》的颁布实施备受关注。《密码法》里的"密码",是指采用特定变换的方法对信息等进行加密保护、安全认证的技术、产品和服务,主要包括加密保护和安全认证两大功能。