1 引言

　　由于電磁波是沿直線傳播的，受地球曲率的限制以及山地的影響，使雷達探測產(chǎn)生盲區(qū)， 看不到低空與超低空飛行的目標，所以低空目標給雷達探測帶來困難與威脅。為了及早地發(fā) 現(xiàn)和探測中、低空，特別是超低空高速入侵的*、武裝直升機等，就要解決遠程探測 目標的問題。目前主要采用發(fā)展低空補盲雷達、采用升空平臺監(jiān)視雷達系統(tǒng)（如空中預警機 系統(tǒng)、系留氣球載雷達系統(tǒng)、飛艇載雷達監(jiān)視系統(tǒng)等）、改進和提高雷達的低空探測性能等 幾種措施，提高雷達對空、對海警戒的作用距離[1]。這些措施有效地提高雷達對空、對海警 戒的作用距離，但造成了防御成本的大規(guī)模增加、雷達載體目標暴露易遭受對方的攻擊等， 同時仍然存在著探測盲區(qū)，使安全防御系統(tǒng)存在一定的隱患。

　　針對以上問題，本文提出利用 title="MSP430">MSP430F133 嵌入式微處理器設(shè)計出一種分布式多傳感 器探測節(jié)點，可隨機地分散地設(shè)置在雷達系統(tǒng)探測的盲區(qū)，利用GPS 系統(tǒng)授時和定位、利 用多傳感器提供觀測數(shù)據(jù)、利用GPRS 網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)進行多傳感器信息融合，實時進行目標發(fā)現(xiàn)、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，可彌補雷達防御系統(tǒng)存在的不足之處，杜絕安全防御系統(tǒng)存在的隱患[2-4]。

　　2 分布式多傳感器信息融合系統(tǒng)總體框架

　　整個分布式多傳感器信息融合系統(tǒng)由若干個不規(guī)則分布的多傳感器探測節(jié)點、 INTERNET 網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控中心服務(wù)器、交換機、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、多傳感器信息 融合終端和探測節(jié)點控制終端等組成，其總體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

　　當探測目標進入到多傳感器探測節(jié)點所能夠探測到的區(qū)域內(nèi)，探測節(jié)點通過通信模塊 （GPRS 模塊）把傳送數(shù)據(jù)分組，無線傳送到GPRS 網(wǎng)絡(luò)，再經(jīng)INTERNET 網(wǎng)把數(shù)據(jù)傳送 到監(jiān)控中心服務(wù)器上。

　　監(jiān)控中心服務(wù)器實時接收各探測節(jié)點傳遞過來得信息，并通過交換機與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、 應(yīng)用服務(wù)器、多傳感器信息融合終端和探測節(jié)點控制終端進行數(shù)據(jù)交換。

　　信息融合終端對監(jiān)控中心服務(wù)器收到的數(shù)據(jù)進行處理并通過其它服務(wù)器進行數(shù)據(jù)交換 實現(xiàn)信息融合，實時進行目標發(fā)現(xiàn)、優(yōu)化綜合處理，來獲取狀態(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。

　　探測節(jié)點控制終端傳送各種指令到各探測節(jié)點，監(jiān)測各探測節(jié)點的運行狀況，并對各探 測節(jié)點進行實時控制。

　　布式傳感器探測節(jié)點硬件部分主要由通信模塊（GPRS 模塊）、GPS 模塊、存儲模塊、 電源模塊、時鐘模塊、復位模塊、各種傳感器和嵌入式微處理器組成，其硬件結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

　　微處理器選擇德州儀器公司生產(chǎn)的 16 位單片機MSP430F133，芯片處理能力強、運行 速度快，采用了JTAG 技術(shù)、FLASH 在線可編程等先進技術(shù)。其片上資源豐富，含有8KB FLASH 存儲器，并含有UART 接口,可用于異步或同步通信，同時還可通過Timer-A 軟件實 現(xiàn)串行通信。

　　通信模塊即 GPRS 模塊，采用索愛公司生產(chǎn)的GR47，該模塊內(nèi)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(shù)據(jù)通信接口（UART1、 UART2 和UART3）。模塊支持AT 命令集，有命令狀態(tài)和在線狀態(tài)兩種工作狀態(tài)，處于命令 狀態(tài)時，模塊接收MCU 通過串口發(fā)送的指令；處于在線狀態(tài)，即數(shù)據(jù)模式時，可進行數(shù)據(jù) 傳輸，此時不響應(yīng)命令，直接傳送所接收到的數(shù)據(jù)。該模塊體積小，開發(fā)簡便，內(nèi)嵌TCP/IP 協(xié)議棧，使用戶不用自己開發(fā)復雜的TCP/IP 協(xié)議棧軟件，大大降低了開發(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(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在系統(tǒng)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(shù)據(jù)等。 電源模塊是采用太陽能電池并加以備用的鋰電池，電源部分通過加一些必要的濾波及電 壓轉(zhuǎn)化電路，來最終輸出24V、12V 和5V 的3 組直流電，供各個傳感器和微處理器等部件 使用。

　　GPS 模塊利用GPS 系統(tǒng)對分布的多傳感器探測節(jié)點進行授時和定位，在確定各探測節(jié) 點準確位置的同時，保證各探測節(jié)點的時間的高度一致。

　　傳感器部分根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境分別動態(tài)地設(shè)置相應(yīng)的傳感器，高可靠性地完成目標的 探測、發(fā)現(xiàn)、識別、定位及圖像拍攝等。隨著反偵察技術(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行探測。在幾百米以下的超低空領(lǐng)域，通過紅外傳感 器、聲傳感器、震動傳感器等基本可以有效地探測和識別進入該區(qū)域的目標，通過紅外熱像 儀等攝取圖像，以便更準確地判斷目標，更好地進行信息融合。

　　4 分布式多傳感器探測節(jié)點的軟件設(shè)計

　　軟件部分主要由多傳感器數(shù)據(jù)采集和GPRS 遠程數(shù)據(jù)通信兩部分組成。多傳感器探測數(shù) 據(jù)采集及處理部分實時探測和識別該區(qū)域的目標信息，經(jīng)過微處理器轉(zhuǎn)化成相關(guān)傳送數(shù)據(jù)； GPRS 遠程數(shù)據(jù)通信部分實時通過GPRS 與監(jiān)控中心服務(wù)器進行通信。

　　4.1 多傳感器探測數(shù)據(jù)采集及處理

　　多傳感器探測數(shù)據(jù)采集是指在探測節(jié)點運行的一個采集周期內(nèi)，紅外傳感器、聲傳感器、 震動傳感器等輸出的AD 轉(zhuǎn)換值。微處理器對采集的數(shù)據(jù)進行預處理，如果發(fā)現(xiàn)可疑的目標 信息，啟動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(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心服 務(wù)器。

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

　　在數(shù)據(jù)傳輸子程序中，原始數(shù)據(jù)塊依次由應(yīng)用層數(shù)據(jù)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(用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議) 協(xié)議，該協(xié)議是一種面向無連接的傳輸協(xié)議，其本身沒有應(yīng) 答機制和命令重發(fā)機制，屬于小的、節(jié)約資源的傳輸層協(xié)議， 傳輸速度快。而我們在應(yīng)用層采用了應(yīng)答和重發(fā)機制，所以 可以確保數(shù)據(jù)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(jiān)測中心IP 地址，指出了數(shù)據(jù)的傳送路徑。

　　4.2 GPRS 遠程數(shù)據(jù)通信 使用GPRS 模塊上網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳送，一般具有三種方式， 一是采用公網(wǎng)靜態(tài)IP，連接操作較簡單，具有較高的可靠性 和穩(wěn)定性，但是靜態(tài)IP 的申請和使用需要較高的費用；二 是采用動態(tài)IP 結(jié)合DNS 域名解析的方式，每次上線的IP 可能不同，但可以通過DNS 動態(tài)域名解析在終端與后臺之 間建立關(guān)聯(lián)；三是采用APN 專線接入方式，通過申請APN 專線接入GPRS 網(wǎng)絡(luò)，然后給每個模塊分配固定IP，組成一 個私有廣域網(wǎng)，這種方式也需要較高的費用。

　　本系統(tǒng)采用了第二種方式獲得本身 IP，而后臺監(jiān)控中心 服務(wù)器的IP 是固定的。采用GPRS 模塊上網(wǎng)時，GPRS 模塊 首先完成撥號登陸，然后進行數(shù)據(jù)傳輸。實現(xiàn)動態(tài)IP 方式 上網(wǎng)通信的處理流程如圖3 所示。

　　5 結(jié)束語

　　本文創(chuàng)新點是：利用GPRS 網(wǎng)絡(luò)作為遠程無線數(shù)據(jù)通信平臺，可充分發(fā)揮通用無線分組 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)勢，把遠程分布的多傳感器探測節(jié)點所探測到的信息實時、有效地匯集在 一起，實現(xiàn)了超遠距離的信息融合，可實時進行目標發(fā)現(xiàn)、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。

　　本項目具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益，可非常方便地布控于雷達防御系統(tǒng)的盲區(qū)，對 低空和超低空飛行的*、武裝直升機等雷達防御系統(tǒng)難以發(fā)現(xiàn)和跟蹤的目標進行中、 遠距離的預警，可彌補雷達防御系統(tǒng)存在的不足之處，杜絕雷達安全防御系統(tǒng)存在的隱患。 同時，也可廣泛應(yīng)用于邊防哨卡、核電站、石油開采等重要的軍事部門和民用部門的安全防 范及國家嚴禁開采的重要的礦山資源和森林資源的濫采、濫盜和濫伐等，預期經(jīng)濟效益1000 萬元人民幣以上。