雷达站无人值守监控系统的研究与设计

发布时间：2020-07-13 06:00

【摘要】：目前空军雷达部队的监控手段主要还是门岗哨卡值班和重要部位安装模拟视频监控系统或插卡式视频监控系统等传统的方式,这些监控系统智能化程度低下;且与雷达警戒值班分别实施。这种警戒和监控值班现状造成大量人力资源浪费,且工作效率不高。随着视频图像处理理论水平的提升和DSP、FPGA硬件体系结构性能增强,使得基于DSP+FPGA嵌入式系统架构的视频图像处理系统得到长足发展。此类视频图像处理系统不仅充分发挥了DSP数据运算处理能力强大的优点和FPGA配置、设计灵活、资源丰富的优点,而且系统自身集成度高、外围电路简单、性能稳定。本文在分析了雷达部队战备值班与监控值班设备现状与功能需求的基础上,基于DSP+FPGA嵌入式系统架构设计了雷达站无人值守监控系统。本文首先根据复杂背景条件下无人值守监控系统对运动目标自动识别、实时跟踪处理的实际需求,设计了由FPGA完成图像预处理,DSP完成视频图像序列动目标检测和跟踪的视频图像处理算法,并通过MATLAB平台仿真实现;其次采用基于DSP+FPGA嵌入式系统架构技术,结合模块化设计思路,完成了雷达站无人值守监控系统硬件平台整体和重点子模块的设计。在视频图像处理算法的设计工作中,第一个重点是在分析当下流行的视频图像运动目标检测模型算法的优缺点的基础上,改进Codebook背景模型得到了基于背景遗传模型的运动目标检测算法,论述了算法的实现方法和流程,并将此算法与基于Codebook背景模型的运动目标检测算法通过MATLAB平台仿真实现,对比仿真结果,验证了此算法的背景抗干扰能力更强、检测效果更高、运算量更小、实时性更好;第二个重点是在基于色彩直方图的Mean Shift运动目标跟踪算法的基础上,把运动目标检测中目标连通域的特性作为目标特征、把相邻帧间目标连通域重叠比重作为同目标的检测手段,改进实现了多目标跟踪算法,同样通过分析MATLAB平台的仿真结果验证了此算法的可行性,指出了其存在的问题。在无人值守监控系统硬件平台的设计工作中,重点完成了硬件系统整体构成方案的设计以及数据与图像采集、主、协处理器之间高速互连接口、以太网接口和系统电源等子模块设计。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：E274.4;TN957;TP277
【图文】：

示意图,无人值守,雷达站,监控系统

无人值守监控系统在雷达站上建立雷达状态监控点和环境监测点。雷达状态监控点实现雷达向服务器传输雷达工作状态数据、实时预警数据以及传输服务器向雷达发送的操控指令；环境监测点监测环境状态数据、视频，并向雷达站无人值守监控系统发送实时数据；这些实时数据被无人值守监控系统接收并进行分类处理后通过以太网接口按一定协议向服务器进行传输；值班中心服务器接收监控系统传来的信号并进行处理，遇有异常情况或预警信息向远程设备推送数据；远程设备可根据设置的权限通过网络访问值班中心服务器，可实时控制雷达、视频监控设备、数据采集阵列和电网等安防设施，同时向相应专业人员发出预警提示（如图 1-1 雷达站无人值守监控系统工作示意图所示）。如许无人值守监控系统因其在雷达对空警戒以及雷达站环境监控过程中的智能化、直观化以及处理的及时性，在大量减少了雷达站现场值班人员数量、雷达部队物资供应压力的同时，大大提高了雷达站自身安全警戒能力和警戒效率，而且能满足官兵对安全舒适、便利工作生活环境的需求，给他们的工作带来帮助和方便。因此深入研究雷达站无人值守监控系统的现实意义十分重大。雷联动

框图,单核,嵌入式系统,处理器

段以采用图像采集卡完成图像的采集工作、计算机完成工作的插卡式视频图像处理系统为主，此类系统速度较用不方便[1]。段主要以采用单一的单片机、ARM、FPGA 或 DSP 芯片图像处理系统为主。此类系统中，核心的单一微处理器集的图像信号进行处理，之后可进行存储、网络传输或示[2]（如图 1-2 单核心处理器嵌入式系统构成框图所示）系统具有通用性强、体积小、能耗低的优点，但是它的单纯以单片机为核心微处理器，系统的处理能力低，不能。单纯以 FPGA 为核心处理器完成图像的采集和处理，由于，硬件设计复杂，算法实现困难度大。纯以 DSP 为核心处理器完成图像的采集和处理，所有的SP 实现，大量简单的重复性处理工作会耗费大量的 DSP程序存储

框图,张琪,硬件平台,框图

连接口实现 DSP 与 FPGA 之间所有数据的传输访问，存在实现时序与逻辑控制的设计难度大、接口传输速率不能完全满足系统实时性需求的问题。图1-3 张琪等设计的硬件平台框图天津大学陈伟提出的智能相机方案[7]充分利用 DSP 芯片和 FPGA 芯片各自在图像处理方面的优点，采用了分层图像处理技术。在他的方案中：协处理器FPGA 在完成数据采集的工作的基础上还要实现对图像数据处理流程的控制功能和图像的预处理（使用 sobel 边缘检测算法）功能；核心处理器 DSP 专注于完成图像编码工作。文章给出的实验检测结果，证明了陈伟设计的智能相机方案的实际效果。公安部第一研究所李佩斌[8]等人根据交通监控、重点场所监控的实际需求设计的DSP+FPGA嵌入式图像处理平台方案（如图1-4 李佩斌等设计的硬件平台框

【参考文献】