湖南省大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實驗計劃

1、PAGE 10PAGE 13項 目 申 報 表項目名稱: 用于野外生命搜救探測的無人機系統(tǒng)學(xué)校名稱中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)生姓名學(xué) 號專 業(yè)性 別入 學(xué) 年 份楊銘20144535電子信息工程男2014詹嘉文20144537電子信息工程女2014靳志勇20144515電子信息工程男2014黃麒麟20144512電子信息工程男2014鄒銀20144542電子信息工程女2014指導(dǎo)教師蔣 峰職稱副教授項目所屬一級學(xué)科電子與通信技術(shù)項目科類(理科/文科)理科學(xué)生曾經(jīng)參與科研的情況熱愛科學(xué)文化知識，積極探索各個知識和技術(shù)層面的應(yīng)用領(lǐng)域，在大學(xué)一年級參加過電子設(shè)計相關(guān)的培訓(xùn)與實踐工作，并組織過團隊的集體討論和

2、實踐研究。指導(dǎo)教師承擔(dān)科研課題情況主持科研課題：1）湖南省教育廳科學(xué)研究項目（優(yōu)秀青年項目）：基于微流控的細(xì)胞低電壓融合系統(tǒng)的研究2015-2018在研。2）湖南省教育廳科學(xué)研究項目：Nios-II內(nèi)核的二次開發(fā)及其在家居環(huán)境智能開關(guān)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用2009-2010年結(jié)題 3）中南林業(yè)科技大學(xué)青年基金項目：低電壓細(xì)胞融合系統(tǒng)的研究 20112014 結(jié)題 4）中南林業(yè)科技大學(xué)青年基金項目：基于藍(lán)牙技術(shù)的智能總線開關(guān)的研究 20072009結(jié)題 5）中南林業(yè)科技大學(xué)人才引進(jìn)項目：基于以太網(wǎng)嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)的研究 20052007 結(jié)題指導(dǎo)學(xué)生項目情況：1）指導(dǎo)2011年湖南省大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)

3、新性實驗計劃項目無線智能探測小車，已結(jié)題，并獲得湖南省“挑戰(zhàn)杯”三等獎，入選第二屆“湖南省大學(xué)生創(chuàng)新成果論壇”。2）指導(dǎo)2014年中南林業(yè)科技大學(xué)大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實驗計劃項目遠(yuǎn)程無線燈光智能控制開關(guān)的設(shè)計已上交結(jié)題材料，并獲2015年長沙市大學(xué)生創(chuàng)業(yè)大賽“優(yōu)勝獎”。2015年指導(dǎo)學(xué)生參加全國大學(xué)生電子設(shè)計大賽獲“優(yōu)勝獎”。此外，參與國家、省級課題各2項；廳級課題1項，主持教研課題2項；發(fā)表核心以上期刊論文18篇，其中SCI收錄篇，EI、ISTP收錄7篇；獲得專利授權(quán)12項。項目研究和實驗的目的、內(nèi)容和要解決的主要問題研究目的：隨著人們生活水平的不斷提高，戶外徒步游以及自駕游等旅行方式逐

4、步成為人們首選的熱點。然而，由于這些方式所選擇的旅游線路通常屬于新開發(fā)甚至是未開發(fā)的景點，其安全配套設(shè)施不完善，容易使游人陷入危險境地。而有些地方通常比較偏僻，地形、環(huán)境復(fù)雜，難以開展生命搜救工作。因此，設(shè)計一種用于野外生命搜救探測的無人機系統(tǒng)，能快速方便的進(jìn)入森林、高山、懸崖等人們難以到達(dá)的地方，捕捉、探測生命等信息，并能及時地送出環(huán)境圖像，將提高人們的救援效率，增加被救對象的獲救機會，降低救援人員的救援風(fēng)險，具有實際的應(yīng)用價值，符合以人為本的社會主旨。研究內(nèi)容：1）無人機蓄電池的供電：a)MPPT最大功率算法研究；b)蓄電池智能充電策略研究；2）無人機的數(shù)據(jù)傳輸： a)研究紅外數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

5、以及紅外發(fā)射接收及調(diào)制電路；b)紅外通信的軟件抗干擾算法；3）無人機的遙感控制：解決遠(yuǎn)距離的無線通信，依據(jù)實時的遙感器控制參數(shù)，控制遙感設(shè)備的姿態(tài)和曝光間隔；要解決的主要問題：1）無人機上生命探測儀的供電問題；2）精簡設(shè)備的重量，使無人機能夠更長時間的續(xù)航；3）在復(fù)雜的環(huán)境下，不能保證信號的可靠傳輸，因此如何抗干擾也成為一個重要的問題；4）接收端能否準(zhǔn)確完成操控指令的接收和解碼工作；5）如何解決遠(yuǎn)距離的無線通信；6）如何實現(xiàn)生命的探測以及圖像信息的采集與傳輸。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)無人機由于具有生存能力強、無人員傷亡風(fēng)險、機動性能好、成本低、效費比好等優(yōu)點，在軍事領(lǐng)域以及其它非軍事領(lǐng)域具有廣

6、闊的應(yīng)用前景。在軍事領(lǐng)域：無人偵察機可用于完成戰(zhàn)場偵察和監(jiān)視、定位校射、毀傷評估、電子戰(zhàn)等；無人靶機可作為火炮、導(dǎo)彈的靶標(biāo)等。在非軍事領(lǐng)域：無人機可用于地圖測繪、地質(zhì)勘測、災(zāi)害監(jiān)測、氣象探測、空中交通管制、邊境巡邏監(jiān)控、通信中繼、農(nóng)藥噴灑等。目前，在民用領(lǐng)域，無人機主要在航測、航拍、航飛服務(wù)等方面運用較為廣泛。無人機現(xiàn)階段正在不斷地發(fā)展完善，未來將占有很重要的地位。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)：世界上研究無人機應(yīng)用的國家很多。目前，技術(shù)上應(yīng)用比較成熟的國家有德國、瑞士、美國以及荷蘭等。德國的DHL公司已開始研發(fā)無人機快遞技術(shù)，去年該公司利用無人機向德國的一座小島輸送藥品，這也是歐洲大陸歷史上第一次

7、獲得官方授權(quán)的無人機快遞飛行。荷蘭的殼牌公司已將無人機應(yīng)用于歐洲最大的一些能源項目，未來也會把無人機用于檢查石油和天然氣設(shè)施的安全。美國的加泰羅尼亞理工大學(xué)的研究者們正在開發(fā)一款無人機，在這些無人機上加入熱成像技術(shù)，計劃將其用于非洲國家公園的日常巡查工作，以抓捕盜獵者。瑞士的聯(lián)邦理工學(xué)院的一個研究團隊開發(fā)出一種用于搜救的無人機，它可以通過準(zhǔn)確定位手機Wi-Fi信號，確定失蹤或被困者的位置。中國從20世紀(jì)末就開始無人機的研究工作。在民用領(lǐng)域，我國無人機的應(yīng)用也取得了較好的成果?；幢惫╇姽具\用無人機加強對各變電站、輸電線路和農(nóng)村供電設(shè)施的安全大檢查，及時消除設(shè)備缺陷，提高設(shè)備運行水平，全力保障春

8、耕生產(chǎn)、經(jīng)濟社會發(fā)展和居民生活用電?！靶→?A”號無人機在成都大邑縣試飛成功。這是國內(nèi)首例借助射頻技術(shù)將無人機技術(shù)與人員定位搜救相結(jié)合的遠(yuǎn)距離搜索技術(shù)成果。該項成果將投入景區(qū)、野外應(yīng)急人員搜救工作。雖然，無人機在民有領(lǐng)域的應(yīng)用取得了一定的成績。但是，運用無人機進(jìn)行野外的生命救援工作，亦或是遠(yuǎn)紅外設(shè)備運用于無人機上進(jìn)行監(jiān)測，無論是在國內(nèi)，還是國外都處在一種剛剛起步研究的階段上。因此，在這樣的場合和背景下，研究一種用于野外生命搜救探測的無人機系統(tǒng)具有比較重要的意義。本項目學(xué)生有關(guān)的研究積累和已取得的成績1）已經(jīng)通過專業(yè)知識的學(xué)習(xí)，掌握了一些有關(guān)傳感器方面的知識和一些實踐操作的技巧；而信號的采集和傳

9、輸、信號的放大和抗干擾都是本專業(yè)（電子信息工程，下同）研究的主要領(lǐng)域，相信會在本專業(yè)接下來的系統(tǒng)學(xué)習(xí)和自主學(xué)習(xí)的雙向作用下會形成不錯的知識積累；此外，項目負(fù)責(zé)人已經(jīng)在有關(guān)的叢書、網(wǎng)絡(luò)資料、校內(nèi)圖書館以及其他信息渠道上，獲得了一些相關(guān)資料，可為本項目的設(shè)計與實施提供借鑒；2）已經(jīng)學(xué)習(xí)了關(guān)于信號的采集、傳輸以及抗干擾的方法，相信能給項目帶來有效的解決途徑和思路；3）通過指導(dǎo)老師先期的指導(dǎo)工作，項目組成員已經(jīng)具備了一定的設(shè)計和制作的經(jīng)驗和基礎(chǔ)。項目的創(chuàng)新點和特色1）創(chuàng)造性的將無人機運用在人員的搜救和救援領(lǐng)域，其機動性強、靈活、耗能低、綠色環(huán)保且搜救效率和速度高； 2）將紅外生命探測技術(shù)搭載于無人機用

10、于復(fù)雜環(huán)境下的生命探測和搜救，能夠?qū)崟r開展救援工作；3）解決復(fù)雜環(huán)境下的圖像采集、傳輸以及通信干擾等問題，實現(xiàn)對無人機的有效控制；項目的技術(shù)路線及預(yù)期成果項目的技術(shù)路線：熟悉搭載平臺紅外圖像的采集、音頻的采集及時性的信號傳輸抗干擾處理控制端信號的接收與轉(zhuǎn)換圖像成形、音頻轉(zhuǎn)換確定救援人員所在地完成使命。具體設(shè)計方案如下：1）首先對無人機的結(jié)構(gòu)和內(nèi)部功能進(jìn)行學(xué)習(xí)和研究，購買有關(guān)生命探測所需要的紅外線電子設(shè)備，傳感器以及相應(yīng)的傳輸設(shè)備；2）采用8倍圖像壓縮、RS編碼加交織的方式進(jìn)行無線鏈路的設(shè)計，采用大規(guī)模FPGA完成發(fā)送端及接收端的算法實現(xiàn)，并通過試驗驗證設(shè)計指標(biāo)滿足系統(tǒng)要求；3）選用綜合基帶、發(fā)

11、射機和天線組成紅外裝置的發(fā)射端，其中綜合基帶是最為關(guān)鍵的部件，它用于完成對圖像數(shù)據(jù)的采集、壓縮、編碼和交織，完成對狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集、編碼、完成對傳送數(shù)據(jù)的組幀輸出及對發(fā)射信號的發(fā)射控制?？紤]到相應(yīng)的功率、體積和實際的耗費資源，將選擇FPGA完成所有的信號處理；4）接收端由接收天線、信號處理機、接受處理組件組成；接受處理組件用于完成數(shù)據(jù)的接收、存盤、圖像數(shù)據(jù)的提取、解壓縮和顯示及狀態(tài)數(shù)據(jù)的提取和顯示。解壓縮采用軟件實現(xiàn)，解壓縮軟件嵌入到控制平臺的接收端的接收軟件中，在接收信號的同時完成壓縮圖像的解碼和實時顯示；5）天線的設(shè)計：由于發(fā)送端設(shè)備位于無人機上，接收端設(shè)備位于控制端上，故而存在收發(fā)天線失配

12、問題，設(shè)計時接收端天線擬采用圓極化形式，發(fā)送端天線擬采用一對垂直分布的線極化天線，這樣將極化損耗降到最低，有利于接收端的接收。同時考慮通信時抗干擾問題，發(fā)送端天線采用后向天線圖形式，為增加抗干擾性，還要求發(fā)送端天線具有一定的增益；6）由于紅外導(dǎo)引頭的圖像格式不是標(biāo)準(zhǔn)的視頻圖像格式，普通的視頻圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)并不適用；而紅外導(dǎo)引頭的圖像具有目標(biāo)形狀變化比較快的特點，也不適用幀間壓縮方式；同時考慮到應(yīng)用環(huán)境的特殊性，壓縮算法必須具有硬件實現(xiàn)簡單、體積和功耗小等條件，此外其壓縮和解壓縮算法實現(xiàn)還必須具備實時性強的特點，因此，將選擇TMS320C6701高速信號處理器作為無人機系統(tǒng)主控器件，擬選用多分辨率

13、重采樣圖像壓縮算法對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮。接收端若使用軟件對RS碼解碼，會造成較大的時延，故使用硬件完成圖像數(shù)據(jù)的解交織、譯碼和狀態(tài)數(shù)據(jù)的譯碼，使用軟件完成圖像數(shù)據(jù)的解壓縮和圖像顯示，最終確定人員所在地，并提供實時性的援助。預(yù)期成果：1）制作一臺有生命探測救援功能的無人機樣機；2）發(fā)表12篇相關(guān)的學(xué)術(shù)論文，申報專利1項；3）撰寫結(jié)題和總結(jié)報告一份。年度目標(biāo)和工作內(nèi)容（分年度寫）2016年 04月2017年03月：查閱文獻(xiàn)，獲取相關(guān)的資料；確定項目的設(shè)計方案和思路；系統(tǒng)硬件設(shè)計與系統(tǒng)控制代碼的編寫，發(fā)表相關(guān)學(xué)術(shù)論文1篇。2017年04月2018年03月：系統(tǒng)軟件設(shè)計及仿真；系統(tǒng)調(diào)試及功能驗證實驗；申

14、報專利;撰寫論文及結(jié)題報告。指導(dǎo)教師意見該課題選題新穎，創(chuàng)新與實驗性強，能較好的培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的實踐能力，同意并愿意指導(dǎo)該組同學(xué)選擇該課題開展研究工作。簽字： 日期：注：本表欄空不夠可另附時間一鍋米飯，放到第二天，水氣就會干一些；放到第三天，味道恐怕就有問題；第四天，我們幾乎可以發(fā)現(xiàn)，它已經(jīng)發(fā)餿；再放下去，恐怕就要發(fā)霉了。是什么原因，使那鍋米飯變餿變壞是時間?？墒牵跓熡甑慕?，年輕的父母生下女兒，他們就在地窖里，埋下一缸缸米酒，十七、八年以后，女兒長大了，這些酒就成為嫁女兒、婚禮上的佳釀。它有一個美麗而惹人遐思的名字，叫女兒紅。是什么使那些平凡的米，變成芬芳甘醇的酒也是時間。到底，時間是善良

15、的，還是邪惡的魔術(shù)師呢？或許都不是，時間只是一個簡單的指數(shù)符號，它會把原來倍增而已。開始變壞的米飯，每一天都不斷變得更腐臭，而開始變醇的美酒，每一分鐘，都在繼續(xù)增加它的芬芳。在人世間，我們也曾經(jīng)看過天真的少年一旦開始墮落，便不免愈陷愈深，終于變得滿面風(fēng)塵，面目可憎。但相反的，時間卻把溫和的笑痕，體諒的眼神，成熟的風(fēng)采，智慧的神韻添加在那些追尋善良的人身上。同樣是煮熟的米，餿飯與美酒的差別在哪里呢？就在那一點點的酒曲。皆出父母，誰墮落如禽獸，而誰又能提升成完美的人呢？是內(nèi)心深處，緊緊環(huán)抱不放的，捉摸不透的欲望。與其問，時間將怎樣對待你我。不如問，你我將如何對待時間。你就是一道風(fēng)景生于世界上，存于

16、宇宙間，你不比別人多，也不比別人少，同頂炎炎烈日，共沐皎皎月輝，心智不缺，心力不乏，只要你勇于展示自己的才華、個性及風(fēng)采，那么，你就沒必要去仰視別人。你，就是一道風(fēng)景！不要隱于云海峰巒之后，不必藏于青竹綠林之中，你就是巍巍山巒的一石，就是蒼蒼林莽中的一株。所以你沒必要敬畏名山大川，沒必要去贊嘆大漠孤煙，你的存在，其立身就在解釋世上所有的景致；你的存在，正注釋著時代的一種風(fēng)情！不必去擁擠了，你就站在屬于自己的位置上，不斷地展示你內(nèi)心世界的豐富內(nèi)涵，給蒼白的四周以綺麗，給庸俗的日子以詩意，給沉悶的空氣以清新，每日拭亮一個太陽，用大自然的琴弦，奏響自己喜愛的心曲。自然美具有不以人們意志為轉(zhuǎn)移的自然性

17、，梅花自有梅花的風(fēng)韻，紅杏自有紅杏的麗姿，如今認(rèn)清自己往往比注視別人更為重要。沒必要一味褒揚別人貶低自己，應(yīng)該果敢地站起，與最佳景觀比肩，只要你不懈追求，相信你，不比別人差。真的，你行！翠竹之秀麗，青松之壯美，楊柳之瀟灑，蘭草之溫柔，自然賦予各異風(fēng)情，都在各自的一片土地上展示生命的光輝。如今所需的不是自謙，而是自信。很久很久了，虛假的謙遜毀掉個性的展露，模仿、裝扮、整容，使人無法認(rèn)清你的真面目，不知哪個是你自己，那情景似古代磚窯燒出的規(guī)格相同的陶俑。風(fēng)景這邊獨好！妙在獨好。我們太忽視這個“獨”了。世上被人們公認(rèn)的景點都是獨特的：埃及金字塔，中國古長城；法國凱旋門，羅馬斗獸場世上被人贊譽的美景也

18、別具風(fēng)采：泰山日出，威尼斯水緘，熱帶雨林，撒哈拉大沙漠大凡能被我們記住的人多富有個性特征：阿Q的“快樂”，魯濱遜的堅毅，王熙風(fēng)的笑里藏刀，奧賽羅嫉妒殺人讓個性伴你，站著該是一座山，倒下便是路基；完整時給人啟示，粉碎時使人警醒你不比別人多，也不比別人少，你不用注視人們的眸光便可知道，你在陽光下用身影發(fā)表宣言：你就是一道風(fēng)景！大氣戈壁上的胡楊活著三百年不死，死了三百年不倒，倒了三百年不朽。飛沙走石中守住了生命的鮮活，孤苦凄然中昂起了信念的不屈。胡楊的勃然生機挺拔出了撼人的大氣。秋風(fēng)中的竹子雖消瘦但不折腰，雖孤獨但不動搖，雖憂思但不哀鳴，任憑寒夜苦雨蕭瑟，依然傲骨拔節(jié)凌空。竹子的沖天豪情正直出了高亢

19、的大氣。池塘里的蓮花身陷污泥而不染，一身清白不自憐，縱使面對丑惡也不悲戚，昂首獨立更為清高。蓮花丹青難寫之精神頂立起風(fēng)骨的大氣。大氣，便是沖破貧瘠和困苦之折磨即使有萬千磨難也要心揣夢想播撒愛意的生氣。嫩嫩的企盼不滅，目光便總是向前，重重的責(zé)任肩負(fù)，生長豐厚了癡迷的期待。大氣，便是卑微不失凌云之志，平凡猶有不可欺之尊的骨氣，用自己找尋使自己的足跡不欲，跌倒爬起照樣有路可走，用自己的脖子支起自己的腦袋，用自己的脊梁挺直自己的腰板，失去擁有總是無愧無悔。大氣，便是受邪惡不辱不低頭、保護柔弱不自負(fù)的正氣，正因為心中有愛，才敢向不平揮劍，才肯如老牛俯首，行俠仗義呼嘯而過，即使傷痕猶在也剛毅且無淚。大氣，

20、小而言之就是一個人的精神氣，大而言之就是一個人的英雄氣。而一個人為人之氣是否乃大，其實正面的區(qū)別就是一個“愛”字，反面的區(qū)分就是一個“私”字。愛的真，愛的誠，愛的厚，愛的多的人一定大氣。先公后私是低層次的大氣，再高些便是大公小私，而大公無私則是最高境界的大氣。從世俗的角度看，做人大氣些，便少些煩惱，多些達(dá)觀，與人方便，自己方便。從人生追求的境界上看，做人大氣些，自己走過的路可堅實成立起的豐碑，自己耗費的心血可扎根成人們的敬意。大氣的人，頂天立地。大氣人生，璀璨永恒。生機生機，不僅僅是個春天的話題。鮮嫩的淺綠，固然于萌芽透出生機，而茂盛的茁壯，則是于生長挺出生機；金色的豐碩，是于收獲顯出生機，冰天雪地里的昂著，不也是于抗?fàn)帗P出生機？生機，也不僅僅是個青春的話題。勢血沸騰固然是青年