增强系统范文（精选11篇）
增强系统 第1篇
广域增强系统利用遍布北美和夏威夷的地面参考站采集GPS信号并传送给主控站。主控站经过计算得出差分改正并将改正信息经地球站传送给WAAS地球同步卫星。最后由地球同步卫星将信息传送给地球上的用户, 这样用户就能够通过得到的改正信息精确计算自己的位置。
该系统于二十世纪九十年代开始研制开发, 到2003年7月WAAS信号已经能够覆盖95%的美国领土。其动态定位水平精度可达到3~5米, 垂直精度可达3~7米。而且用户不需要增加任何导航设备。
尽管GPS是一个较好的导航定位系统, 但是它为民间用户提供的标准定位服务不能完全满足导航在精度、完好性方面的要求。
首先说精度。美国实行选择可用性措施, 引入卫星钟抖动和广播星历误差人为地降低了C/A信号的精度。测距误差典型地为20米, 导致水平位置精度达100米, 垂直位置精度达156米, 这种精度仅满足飞机航路导航和海洋船只导航的要求, 而不能满足诸如舰船进港靠泊、海图测量以及许多陆地应用的需要。
完好性是导航性能的另一项重要指标。完好性指当系统不能用时, 系统向用户提供实时而有效的报警能力。完好性的风险是未检测出导致丧失规定精度的故障的概率。航空用户组和某些陆地用户组对完好性有很高的要求。系统故障到通知给用户的时间, 对于飞机航路要求为30秒;完好性风险要求为1—3.3×10-7。
GPS系统结构违反了实现高完好性要求的两个原则:第一、没有在线的独立的系统性能监测器。当前仅有的监测器是地面跟踪站和控制站, 当系统存在超差状态时系统没有任何自动反应。卫星未受到监测的时间达到1小时以上。甚至主控站检测出问题之后, 在采取改正措施之前可能有30分钟之久。第二、同一个主控站系统既用来监测卫星的健康状况又用来发射改正数, 主控站还可能发生不可检测的共同性故障。
综上所述, GPS系统本身的导航性能有明显的缺陷。为了改善其导航性能, 通过地面监测系统和一定形式的数据链对GPS进行增强是十分必要的, 因此随着GPS技术的产生和发展, 不同的GPS增强技术也应运而生。最基本的技术是差分GPS, 它又分局部差分GPS和广域差分GPS。近年在广域差分基础上又发展起来一种广域增强技术。这些增强技术各有一定的最佳应用场合。不同应用可能要求多少不同的增强技术。一部分应用 (如舰船进港) 可能仅要求中等精度的局部差分GPS, 而另一部分应用 (如飞机Ⅱ、Ⅲ类精密进近) 则可能要求高精度局部差分GPS。为了满足大范围多种应用要求, 必定需要多种形式的增强系统的组合。一个广域系统尽管不可代替大范围各种局部系统, 但它确实可以覆盖诸如舰船进港、飞机空中航行直至Ⅰ类精密进近和陆地车辆交通管理等相当大一部分应用。因此建立广域增强系统对一个地区甚至一个国家确实具有重要意义。
通常的广域差分GPS系统, 改进了GPS系统的精度和完好性, 并未改进其可用性。增强型的广域系统, 则可以改善GPS的所有三个缺陷。增强型的广域系统, 通常称为广域增强系统 (WAAS) 。在WAAS中, 携带有导航转发器的地球静止卫星为数据链的一部分, 它除了广播完好性信息和矢量改正数以外, 还广播类似GPS信号的测距信号, 测距信号能够被稍微修改的GPS接收机所接收。类似GPS信号改善了卫星导航的可用性。
导航转发器工作在GPS的L1频率, 并被调制以完好性数据, 差分改正数, 以及伪随机码测距信号。发射测距码的作用是使地球静止卫星被当作一个GPS卫星用, 测距职能使GPS用户可测量至同步卫星的伪距, 因而提高了导航的精度。
扩频调制对于WAAS的作用与其对于GPS的作用相同。它能够在即使有噪声、反射信号和干扰信号时进行精密测距。它也可使WAAS同GPS信号共享GPSL1频率。WAAS信号不会干扰现有GPS接收机或不是设计为接收WAAS信号的其他GPS接收机接收GPS信号。接收机用分离GPS信号同样的扩频机制, 能够将WAAS信号与GPS信号区分开来。事实上, WAAS码是从GPSC/A码同一码族中选出来的。在1025个可能性的这一码族中GPS仅用36个码, 所以为WAAS剩余很多码。另外, WAAS接收的功率将比GPS信号的规定接收功率稍微弱些。WAAS的码和载波与GPS同步, 所以WAAS提供附加的距离测量。这一距离测量将改进航空的卫星导航的连续性和时间可用性。WAAS信号将不会引起GPS接收机的设计有大的变化。信号工作在GPSL1频率, 用同样的扩频码, 用二进制相移键控携带数据。所以, 对接收机的最重要变化是对于施加在WAAS电文所载的数据。
为了所有飞行阶段的导航服务提供对基本GPS所必要的增强, 美国联邦航空局 (FAA) 正在发展WAAS系统。该系统覆盖美国、加拿大、波多黎各和太平洋、大西洋沿岸。项目的目标是支持在直到Ⅰ类精密进近的所有飞行阶段用作主要导航手段的航空要求。项目从1992年开始执行, 分四期完成, 1997年将实现初步运行能力, 2001年实现最终运行能力。1992年开始建立试验网阶段Ⅰ期, 截至1994年, 一个包括8个参考站的WAAS样网已通过可行性试验。1996年进入Ⅱ期, 建立职能验证系统, 此时该系统将包括2个主站, 5个参考站, 2个地面地球站, 一个对地静止卫星导航转发器。该期的任务是试验和验证执行与布设程序, 以及验证实际执行和布设前的WAAS硬件和软件。1997年执行Ⅲ期, 即初始WAAS期, 届时系统将包括2个主站, 24个参考站, 3个对地静止卫星和6个地面地球站。Ⅲ期结束将能提供直至非精密进近的所有飞行阶段的WAAS服务。1998年进入Ⅳ期, 即终态WAAS, 在这一期, 将执行WAAS合同的选项, 足够的附加主站, 参考站, 对地静止卫星和地面地球站使得能够在服务范围的任何地方都可提供Ⅰ类精密进近服务。WAAS系统兼有增强GPS和GLONASS的双重功能。
增强系统 第2篇
看守所、监狱等监管场所是国家强力机关的重要组成部分，担负着执行法纪、教育改造的重要使命。当前中国处于社会转型期，因涉嫌经济、暴力、涉黑涉毒等在押人员日益增多，只有与时俱进的监狱管理系统才能使得复杂的的监狱内部得到稳定管理。监狱管理是一项危险性行业，因为罪犯的报复性和狡诈性很强，浮躁心理和不安分意识，一有不慎，他们就会铤而走险，伺机劫持人质、逃脱、自杀，给狱警的人身安全和场所的此讯稳定带来极其不利的影响。
鼎嵌技术针对监狱管理的特殊情况，主要表现在几个方面：
1)无法随时掌握在押人员的动态和位置；
2)无法精确到每位在押人员的身份识别；
3)报警方式过于明显，易打草惊蛇；
4)消费沿用手工记账方式，效率低、易出错；
5)临时工作人员进出没有实时进行有效监控；
6)对在押犯人临时外出监控难度大。
鼎嵌技术监狱生产安全综合管理平台系统应用特点：
1)采用B/S网络软件开发结构，易于早期部署，后期维护；
2)支持数据批量导入导出，易于系统构建，提高数据输入效率；
3)系统平台采用分角色管理，职责清晰，操作简便，既便于狱警管理数据，又便于领导鸟瞰全局；
4)多条件组合查询，模糊查询并用，关键数据统计，使用灵活；
5)独特的网络条码打印功能，使各中队自由操控中心打印机，并且互不干扰；
6)手持设备采用嵌入式数据库技术，强大的本地处理能力，轻松实现移动计算；
7)手持设备与管理平台之前业务逻辑合理划分，各司其职，确保系统业务，数据的可靠性。
系统对监狱各方的价值
1)值班狱警：保证值班狱警的所有工作记录在案，对狱警考核提供最真实的数据依据
2)监区领导：可以实时查询本监区狱警的相关工作记录，便于有效领导管理。
3)业务部门：可以实时查询到和监管相关部门狱警的工作状况。
4)监狱领导：通过查询统计，可以鸟瞰监狱各监区全局，掌握监狱的生产安全工作。
全国北斗地基增强系统将建 第3篇
根据协议，双方将在以北斗为代表的现代位置服务领域和以“天地图”为平台的地理信息服务领域推进国家基础设施建设，推动位置信息和“天地图”在经济建设和公众应用方面的服务。双方将整合国家CNSS（指南导航卫星系统）资源，率先建成能覆盖我国陆地和领海的全国北斗地基增强系统（一张网），在确保国家安全的前提下共同深度挖掘和开展基于北斗的位置信息在国民经济中的增值服务；利用天地图的平台和信息，全面推进位置服务与内容的市场化服务；共同推进国外北斗地基增强系统与位置服务运营平台建设，早日使北斗形成国际竞争力。
双方携手合作进行“一张网”建设和“一张图”商业化产业推广，必将进一步促进北斗卫星导航与国家地理信息的深度融合，为建设“数字中国”奠定坚实基础，对保障国家信息安全，促进地理信息产业发展，实现北斗应用规模化、商业化，提升北斗国际竞争力，都具有十分重要的意义。
近年来，中国兵器工业集团公司坚持把北斗应用作为向信息化转型升级的主攻方向，在军民两个领域积极推动北斗技术应用发展，取得了一系列成果。今年3月，國家将北斗地基增强系统建设和应用推广总体任务赋予兵器工业集团公司。国家测绘地理信息局是我国最早开展卫星导航技术高精度应用的行业部门，在CNSS基准站建设、卫星导航高精度应用等方面，具有突出的战略地位，拥有丰富实践经验和成果。
增强系统 第4篇
在HSPA+系统中, 当UE (终端) 开启电源之后, 将进行DwPCH的同步过程以及解读DwPCH上的内容, 直到找到一个合适的小区, 并且驻留在该小区中, 最终进入空闲模式。在空闲模式下, 为了接收寻呼和系统消息, 终端实时和小区保持下行同步状态。
虽然终端和网络保持下行同步关系, 由于终端的移动, 使得终端和网络之间的距离是不确定的, 所以如果终端需要发送消息到网络, 则必须经过随机接入过程, 建立上行同步, 并需要实时的进行上行同步的维持管理, 直到过程的完成。
在TDD HSPA+系统中, 触发随机接入过程的原因很多, 可以是来自网络的寻呼、终端的业务请求、MM层的特殊过程以及RRC需要和网络建立的联系。在进行这些过程之前都必须经过随机接入过程。在3GPP的TDD HSPA+系统中, 随机接入过程不仅在RRC的空闲模式下需要进行, 在连接模式的CELL_FACH、CELL_PCH、URA_PCH状态下, 如果终端需要和网络建立联系, 终端也必须启动随机接入过程, 所以该过程在TDD HSPA+系统中占有很重要的地位。
无论是何种原因触发的随机接入, 该过程的目的就是建立和网络上行同步关系以及请求网络分配给终端专用资源, 进行正常的业务传输, 如图1所示就是一个增强随机接入的完整过程, 第一、第二小步就是建立上行同步过程, 其他就是进行资源的请求。相对于TD-SCDMA R4版本中的随机接入过程, HSPA+增强随机接入过程在建立上行同步的部分变化不大, 主要差别在于资源请求的相关内容。在该论文中, 根据图1将首先介绍上行同步的建立过程, 然后再介绍其资源的请求过程。具体内容参考下面的描述。
2 上行同步的建立
TDD HSPA+系统是一个同步系统, 对上行和下行同步有比较严格的要求。在空闲模式下, UE (终端) 和NODE B (基站) 之间仅建立了下行同步。换句话说, 此时终端并不知道距网络的距离, 也不能准确地知道发送消息时所需的发射功率和定时提前量。由于PRACH信道位于常规时隙内, 若终端直接在PRACH信道上发送连接请求, 那么, 这个非同步的信号将对同时隙和相邻时隙的其它用户造成极强的干扰。因而, 在TDD HSPA+系统中, 专门定义了两个时隙 (GP和UpPTS) 用于上行同步和初始功率调整。增强随机接入过程始于终端在UpPCH信道上发送上行同步码SYNC-UL。
2.1 SYNC-UL发送过程
在R4版本的SYNC-UL过程中, 终端从允许的上行同步码中随机地选择一个, 选取时应满足概率一致性分布的原则。每个小区码组由1个SYNC-DL, 8个SYNC-UL, 4个Midamble和4个Scrambling码组成。终端在小区选择阶段就已经确定了小区的下行同步码SYNC-DL, 因而也就确定了小区允许的SYNC-UL码。[1]按照TD-SCDMA系统的设计, 网络可以在同一帧内检测到8个用户在GP加UpPTS两个时隙内发送的SYNC-UL, 当然8个用户必须选择8个不同的SYNC-UL码。但是在HSPA+中, 一个小区中的8个SYNC_UL码分为2个子集, 一组用于RACH信息的接入, 另一组用于E-RUCCH信息的接入。[2]
在发送SYNC-UL码之前, 首先需要确定发送SYNC-UL码需要的功率和时间提前量。其中, SYNC-UL码的发送功率按开环功率控制原则确定, 时间提前量可以根据路径损耗近似地计算。鉴于功率和时间提前量的计算与R4版本相同, 这里就不再详细列出了。
2.2 接收FPACH突发
终端发出SYNC-UL后, 将从下一子帧开始在FPACH物理信道上等待接收FPACH Burst, 最长等待时间WT由系统信息广播 (缺省值为20 ms或4个子子帧) 。在HSPA+系统中, 每个小区可以配置多个FPACH信道, 其具体数目由系统信息广播。在这种情况下, 终端应监听的下行FPACH信道按下式确定:
式中:FPACHi表示终端应监听的下行PFACH信道号;SYNC-ULj表示终端在UpPTS时隙发送时所选择的小区上行同步码编号, 范围1～8;N:表示服务小区配置的FPACH信道的数目;mod表示取模运算;
Node B使用快速物理接入信道 (FPACH) 在一个突发内承载对一个检测到的签名的确认, 以及对用户设备的有关时间和功率电平调整的指示。FPACH Burst携带的信息如下所示:
(1) 签名参考号:签名参考号区域包含确认的签名的编号。UE利用这一信息验证是否是FPACH消息的接收者。
(2) 相对子帧号:相对子帧号区域指示相对于确认的签名被检测到的子帧的当前子帧号。UE利用这一信息验证是否是FPACH消息的接收者。
(3) 接收的UpPCH开始位置 (UpPCHpos) :接收到UpPCH的开始位置 (UpPCHPOS) 间接指示UE向网络传输后续信息时需要对时间进行的调整。这一信息将被UE用来调整访问网络的时间。
(4) RACH信息的发送电平命令:这一区域指示UE在FPACH关联的PRACH上发射RACH消息的功率电平。UE需要在这个数值上增加估计的路径损失来计算PRACH的发射功率电平。
从FPACH Burst携带的信息可以看出, 终端发送了SYNC-UL之后, 没有专门的定时器监视, 而是靠帧号来定时。如果终端发送了SYNC-UL之后, 在指定的帧上接收的FPACH不是本终端的, 终端将继续进行下一次SYNC-UL过程或是认为此次E-RUCCH过程失败。
由于FPACH是一个公用的物理信道, 在FPACH上接收到的物理信息不一定是本终端的, 所以每次接收到来自网络的物理信息, 都需要使用签名参考号和相对子帧号来判断是否是本终端的物理信息。如果终端正确接收到物理信息, 表明上行同步过程已经完成, 随之将在PRACH进行资源请求过程。
3 资源请求过程
在完成上行同步过程之后, 为终端进行资源请求提供了条件, 终端可以精确计算出需要发送的定时提前量以及所需要发送功率。在R4版本中, 终端此时将在选定的PRACH信道上发送‘RRC CONNECTION REQUEST’消息, 并在配置的S-CCPCH物理信道上接收所有的数据块以查找是否有属于自己的‘RRC CONNECTION SETUP’消息。[3]但是在HSPA+系统中, 由于增强随机接入中的信令传输引入了高速上下行数据传输机制, 相应的资源请求过程也就有了不小的变化:在确定PRACH信道上发送数据所需要的功率和时间提前量之后, 终端将选定一个PRACH, 并在该物理信道上将SI调度信息发送到网络, 其内容主要包含了终端当前的无线质量情况以及逻辑信道的缓存占用情况, 以便于网络给终端分配合理的无限资源。完成SI的发送后, 终端将等待网络使用E-AGCH进行资源的分配调度。
3.1 PRACH信道的选择
在HSPA+系统中, 一条FPACH物理信道可以对应多条PRACH信道。这种对应关系一方面取决于PRACH所用的扩频因子, 另一方面也取决于系统配置。对于某一UE, FPACH上的E-RUCCH的反馈的间隔是固定的。发送SYNC-UL之后, 如果在预期时间内检测到有效应答, UE将按照FPACHi接收到的指示设置时间和功率电平值, 并在承载签名确认的子帧后, 相隔两个子帧, 在相关PRACH上发送RACH消息。如果Li大于1, 且确认的子帧号是奇数, UE需要再等待一个子帧或多个子帧。如果下列等式成立, 相关PRACH就是与FPACHi关联的第nRACHi个PRACH:
这里SFN’是确认到达的子帧号;Li表示每一FPACH信道对应的PRACH数目, 这一对应关系由系统消息广播;nRACHi表示终端发送E-RUCCH消息时应使用的PRACH信道编号。
3.2 E-RUCCH发送控制过程
为了提供RACH使用的不同优先级, RACH物理资源可以划分为不同的接入服务等级 (ASC) 。UTRAN可以把多个ASC或所有ASC分配给同一接入时隙/签名段或同一SYNC1码 (在系统信息中广播) 。
一个ASC是用一个标识i和相应的持续值Pi来表示的, 其中i定义了PRACH资源的一个划分。一个ASC参数集由NumASC+1个这样的参数 (i, Pi) , i=0, 1, …, NumASC (即最高的可用的ASC编号:0—7) 组成。RRC层从系统信息中得到PRACH划分标识和相应的持续值, 并通过原语CMAC-CONFIG-REQ把ASC参数集配置给MAC层。ASC的枚举顺序对应其优先级的顺序 (即ASC0为最高优先级, ASC7为最低优先级) 。
在无线承载建立/重新配置时, UTRAN可以给每个逻辑信道指配一个MAC逻辑信道优先级 (MLP, 范围为1-8, 其中1是最高优先级, 8是最低优先级) 。MAC层在进行ASC选择时要使用该参数。如果传输块集中的各传输块所对应的MLP都相同, 则选择ASC为NumASC和MLP的较小者;否则, 选择ASC为NumASC和MinMLP的较小者, 其中MinMLP表示的是该传输块集所涉及的最高逻辑信道优先级。
通过接收到RRC层发送的原语CMAC-CONFIG-REQ, MAC层获得E-RUCCH传输相关的控制参数:A S C参数集合和最大同步重发次数M m a x等。当开始E-RUCCH传输的时候, MAC从可用的ASC集合中选择一个ASC, ASC包含了某一特定PRACH分割的标识符i和持续值Pi。
基于持续值Pi, MAC层可以决定在当前TTI中是否允许开始L1 PRACH过程。如果允许开始, 则通过向物理层发送PHY-ACCESS-REQ原语来启动L1 PRACH过程。此后, MAC层将等待接收相关的接入信息 (其携带在原语PHY-ACCESS-CNF中) 。如果不允许开始, 则在下一个TTI中进行新一轮的持续值检测。该检测将反复进行, 直到允许发送为止。
如果在FPACH上得到同步突发的确认, 则物理层将使用PHY-ACCESS-CNF原语, 向MAC层报告携带了“RACH数据发送准备好”参数的接入信息。如果接收到了该信息, 则MAC层可以使用原语PHY-DATA-REQ把数据提交给物理层去发送。[4]
如果物理层在规定的时间内在FPACH上没有收到相应的确认, MAC层也就没有收到相应的接入信息, 而且还没有超过允许的最大同步重发次数, 则MAC层将在下一个TTI中进行新一轮的持续值检测。计时器T2用来保证两个连续的持续值检测的最小时间间隔。如果超过允许的最大同步重发次数, 则MAC将放弃该E-RUCCH发送过程, 并通知高层。
3.3 RRC连接建立过程
如图1所示, 终端在PRACH信道上发送调度信息SI后, 如果在E-AGCH信道上接收到网络指派的上行物理资源信息, 将在E-PUCH物理信道上发送‘RRC CONNECTION REQUEST’消息。网络成功接收‘RRC CONNECTION REQUEST’消息后, 将通过HS-SCCH信道进行下行物理资源指派。终端通过监听HS-SCCH获得下行资源, 就会在相应的HS-PDSCH上接收网络发送的层3消息。如果收到的是RRC CONNECTION S E T U P, 按层3信令的要求, 终端将在D C C H逻辑信道上给网络一个证实信号RRC CONNECTION SETUP COMPLETE表示随机接入的最终完成。
4 结束语
R8版本的HSPA+系统和R4版本的TD-SCDMA系统中的随机接入过程的原理是基本相同的, 特别是在发送随机请求, 建立上行同步过程, 但是在资源请求过程有很大的区别。本文主要介绍了TDD HSPA+系统中引入的增强随机接入过程, 包括上行同步、物理信息的处理以及无线资源的请求过程, 同时以R4版本的TD-SCDMA系统中的随机接入过程做对比, 介绍了HSPA+系统增强随机接入过程的主要变化。另外HSPA+系统的随机接入过程是在网络和终端的相互作用下完成的, 本文仅仅只介绍了在终端侧的随机接入过程描述, 没有涉及到网络的流程, 具体可以参考3GPP网络侧的协议。
摘要：在任何一个移动通信系统中, 都会涉及到随机接入过程, 其基本原理大致相同, 但是都存在一些差别, 即使是R4版本的TD-SCDMA协议中描述的随机接入过程和TDDHSPA+协议中描述的随机过程也是不相同的。本文主要介绍TDD HSPA+系统中引入的增强随机接入过程, 包括上行同步、物理信息的处理以及无线资源的请求过程。
关键词：上行同步,增强随机接入,签名码,时间提前
参考文献
[1] 李小文. TD-SCDMA第三代移动通信系统信令与实现.人民邮电出版社. 2003年
[2] 段红光.TD-HSPA技术揭秘.人民邮电出版社.2009年
[3] 2009年3GPPTS25.331V9.1.0 (2009-12) Technical Specification 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; Radio Resource Control (RRC) ; Protocol Specification (Release 8)
卫星增强系统电离层格网性能分析 第5篇
利用我国地壳形变监测网15个双频GPS观测站7月1日到8日、14日到18日两个连续时段的数据评价了电离层网格校正算法在磁暴期间和平静期的精度.文中描述了算法的思想,重点计算了位于不同纬度区域以及不同空间环境下用户站的精度.并从系统的.完整性出发,利用地学统计方法进一步分析了校正误差的空间相关性分布.这为网格点置信区间距离函数的构建提供了有用的信息.计算结果表明,位于中高纬的用户站精度较高,平均值约为0.4m左右,而低纬地区精度相对降低;此次磁暴期间,算法的精度明显降低,对于低纬地区的影响更为显著;校正误差随距离增大相关性降低,电离层平静期间,误差较小,周围邻近点的相关性较高,磁暴期间,误差增大,相关性减弱.
作 者：黄智 袁洪 HUANG Zhi YUAN Hong 作者单位：黄智,HUANG Zhi(中国科学院武汉物理与数学研究所,武汉,430071;中国科学院研究生院,北京,100049;中国科学院光电研究院,北京,100080;徐州师范大学,徐州,221116)
袁洪,YUAN Hong(中国科学院光电研究院,北京,100080)
移动WiMAX系统的增强无线技术 第6篇
802.16是IEEE关于无线城域网的一系列技术标准, 2005年底IEEE批准802.16e对802.16d标准的修订成为WiMAX (World Interoperability for Microwave Access) 演进过程中的一个重要里程碑, 它增加了支持移动性标准所需的特征和属性, 称为移动WiMAX[1]。它使用宽带无线接入技术和灵活的网络结构, 成功的融合了移动和固定宽带网络。移动WiMAX的空中接口采用可升级的OFDMA (scalable OFDMA, SOFDMA) , 不但能够改善非视距传播环境时多径的性能, 还能够适应带宽从1.25MHz到20MHz的变化。本文将介绍移动WiMAX所应用的部分无线技术:多天线技术、软频率复用技术。
2 多天线技术
由于一般常用矢量或矩阵表示接收端和发送端间的信号和链路属性, 而宽带系统中的可分辨多径较多, 多天线技术会引入复杂的矢量或矩阵运算。移动WiMAX所采用的OFDMA技术能够使得对于每一个子载波信号来说, 矢量信道是平坦衰落的。这使得发送端和接收端不需使用复杂的结构或均衡方式去解决频率选择性衰落的问题, 而使得多天线信号处理的复杂度大大降低。因此OFDMA能很好地支持多天线技术。移动WiMAX具有多种多天线技术来提升系统性能。
2.1 下行链路 (DL) 的波束成型
通过波束成型, 系统在接收端和发送端对信号进行多天线处理, 能够提高系统的覆盖和容量, 并且降低中断概率。波束成型一般需要两根天线以上, 移动WiMAX中基站的标准配置是4根天线, 并需要为上行接收和下行发送确定天线权重因子, 而移动台在下行接收中一般只配置1～2根天线, 而在上行发送中只配置1根天线。由于并没有限制基站天线阵元和基站的信号发送算法, 移动WiMAX可以有多种波束成型方案供选择。
2.2 下行链路 (DL) 的空时编码
移动WiMAX在下行链路支持空时编码。在收发都是2根天线的条件下可以实现最简单的空时编码。空时编码是一种实现开环发送分集的优良技术, 而由于在移动WiMAX中移动台标配有2根接收天线, 所以这种优势更容易体现。另外, 空时码在所有的传播环境中都能实现优良的性能, 它并不要求传输信道质量达到MIMO信道质量标准。在波束成型的应用场景下, 每一个空间数据流将会通过每个子载波上的OFDMA符号来传播。空时编码不能使链路的吞吐量增大, 这是因为在一个子载波上它是用两个OFDMA符号来传输两条空间数据流。
2.3 下行链路 (DL) 的空间复用
分层空时码 (Layer Space-Time Codes) 最早是由贝尔实验室的Foschini等人提出的, 其基本思想实在不同的天线上发射不同的数据流, 采用MIMO结构实现并行数据无线传输, 称为BLAST (Bell-laboratories Layered Space-Time Architecture) 。
其基本原理是将输入的信息比特分解成多个比特流, 独立的进行编码, 然后映射到多根发送天线, 接收端利用各个子信道因多径衰落而产生的不同特性来提取信息。根据信源消息与发射天线之间的映射关系, 可以将分层空时码 (LSTC) 分为水平、垂直和对角3类。分层空时码在解码时只利用了信道消息, 它的性能在很大程度上依赖于对信道的衰落环境和信道衰落特性的估计。虽然分层空时码 (LTSC) 的频带利用率比较高, 但是这是以部分分集增益为代价换来的。分层空时码 (LSTC) 要求接收天线数至少等于发送天线数, 这在实际中是个难题。实际上, 在分层空时结构中, 多发射天线用来实现高数据速率, 多接收天线用来进行空间多路信号的干扰抵消。
空间复用的优点为具有更高的峰值速率和增加覆盖范围, 峰值速率通常用于描述信道容量, 该指标对于比较不同移动通信系统的容量是一个很好的度量标准。
理论上用2×2的MIMO收发信机, 即2根发射天线, 2根接收天线, 采用空间复用技术可以增加2倍的峰值速率。通过空间复用, 两数据流可以在每个子载波的一个OFDMA符号上传送。因为移动台接收机也配备了两根天线, 它能够把两条数据流分开实现相对于单天线、波束成型以及空时码更高的吞吐量。
2.4 上行链路 (UL) 的协作空分复用
对于多用户MIMO的上行链路, 存在一种特殊的形式, 即每个用户终端只有一个天线, 但是它们之间存在一定协作的情况。移动WiMAX中已经采用了这种技术, 并将其称为协作空分复用 (CSM, Collaborative Spatial Multiplexing) [1,2]。
目前WiMAX、3GPP LTE、EDGE标准中所提到的协作MIMO, 都只能应用于上行链路, 而且两个移动台合作同时向基站发送数据, 而移动台之间是没有相互发送数据的 (即不存在relay) 。移动台在向基站发送数据的同时, 相互之间也发送数据这种类型的虚拟MIMO目前尚没有出现在任何标准中。
在上行中, 每个终端用户配备了1根发送天线。假设已经通过某种调度算法动态的将两个单天线发送的用户配成一对, 为了增强上行传输的性能, 两个用户可以在分配到的相同的频率和时间上进行协作传输, 这就如同是从同一个用户的2根天线发送的空分数据流。在这种情况下, 一个用户应该使用pattern A的UL title结构, 另一个用户使用pattern B的UL title结构。同非MIMO系统一样, 发射数据被编码、交织并映射到时频资源上。也就是说, 这两个用户将数据映射到相同的子载波上共享同一频率资源同时通信 (CSM) , 而此时其他用户可以通过将数据映射到与此不同的子载波上进行通信 (OFDMA) 。这就提高了整个系统的频谱利用率和即时的吞吐量。
接收端用相应的接收机接收, 比如MMSE (3GPP R1-051422便是采用MMSE) 。与ZF和ML相比, MMSE在接收性能和复杂度方面有一个比较好的折中, 是一个不错的选择。
3 软频率复用技术
移动Wi MAX采用蜂窝小区的网络拓扑结构, 但OFDM技术在蜂窝小区布网时, 最大的问题是小区边缘用户由于受邻小区干扰太大, 不能满足业务QoS需求。作为干扰协调技术的一种, 软频率复用可以较好的解决此问题[3]。
移动WiMAX支持一个频率的复用, 即为了使频谱效率最大, 所有的小区或扇区工作在相同的频率上。然而由于使用单一频率存在严重的共信道干扰 (Co-channe Interference, CCI) , 小区边缘用户的连接质量下降。对于移动WiMAX用户, 用户工作在子载波, 只占用全部信道带宽的一小部分。小区边缘的干扰问题可以比较容易的通过适当配置子载波的使用来解决, 而无需使用传统的频率规划。
软频率复用是指在小区中心区域的频率复用因子为1, 而在小区边缘区域的频率复用因子大于1。软频率复用通过对小区边缘的用户进行频率复用, 提高了这类用户的信噪比, 从而也提高了这部分用户的传输速率, 提高了公平性。
在本文的分析中, 我们将下行30个子信道中的10个用于专门承载小区边缘用户, 把这类用户划为major组;把其余的20个子信道用于专门承载小区中心的用户, 把这类用户划为minor组。
如图1所示, 处于小区中心的用户占用minor组子信道, 处于小区边缘的用户占用major组子信道, 并将各个小区的major组子信道相互不重叠以减少小区边缘干扰。
在软频率复用中, 分别设定major和minor这两组子信道的最大发送功率, 每一个子信道上的功率都不能超过这个值。一般情况下, major组的发送功率要高于minor组。Major组的子载波能够覆盖整个小区, 而minor组的子载波只能覆盖小区的内部。设定Power Ratio (PR) 表示minor组最大功率限和major组最大功率限的比值。当PR从0变到1时, 复用因子由3变到1。
通过调节PR, 软频率复用可以适应各个小区的业务分布。当小区边缘业务量大时, PR需要设定较小 (major组的比重大) 来获得小区边缘高传输速率。反之当业务主要集中在小区内部时需要将PR设定得较大[4]。
4 总结
通过加入移动特性, 一方面, WiMAX可以像原来设想的那样, 作为服务供应商和电信商最后一公里接入的技术手段, 同时还可成为运营商们搭建语音和数据骨干网络的主流技术。移动WiMAX考虑到在不同的信道条件下获得最优性能, 支持在多天线可选技术中的自适应转换。移动WiMAX引入了有别于传统频率复用技术的软频率复用技术, 可以改善边缘用户的连接质量, 支持多样的多播和广播业务。作为移动和固定宽带网络融合的宽带无线解决方案, 在宽带移动网络的演进过程中, WiMAX必将发挥重要的作用。
摘要：本文从多天线和干扰协调调度两个方面介绍移动WiMAX系统的增强无线技术, 特别介绍了多天线技术中的协作空分复用和干扰协调技术中的软频率复用。
关键词：移动WiMAX,多天线,协作空分复用,软频率复用
参考文献
[1]WiMAX Forum?Additional technical details supporting IP-OFDMA as an IMT-2000terrestrial radio interface.Revision1to document8F/1079-E, 10January2007
[2]殷勤业等.协作分集:一种新的空域分集技术[J].西安交通大学学报, 2005, 39 (6) :551-557
[3]R1-050507.Soft Frequency Reuse Scheme for UTRAN LTE.Huawei
基于图像处理火灾监测增强系统研究 第7篇
目前已有的广视角视频监控系统, 大多存在成本较高或稳定性较低的问题。同时现有的火灾监测系统其准确性与智能性都有所欠缺。本文所研究的的火灾检测系统正是针对以上两个问题进行研究而得到的新型火灾监测系统。具体而言, 本课题所研究的火灾监控系统, 采用新型的监控技术—图像处理技术作为火灾判定手段, 同时一方面引入了全景光学系统扩大了监控视角, 接近全景要求, 减少了视觉死角降低了危险隐患, 又满足了夜视要求, 实现24小时的视频监控。故本课题所研究的火灾监控系统对于火灾检测系统、全景技术、图像处理技术的发展有着重要的意义, 更对于人们的生活的安全保障有着重要的意义。本文将分别从硬件、软件两部分进行讨论, 最后通过实验对系统的性能加以分析。
2 硬件系统结构设计
本文所研究的火灾检测系统的硬件结构共有四个部分:一是基于光学折反射原理的全景光学系统;二是阵列式红外灯;三是低照度摄像机;四是与摄像机相辅助使用的相关控制器与监视器。在典型的主动式红外系统中做了两个改良:一是将传统的主动式红外灯变为阵列式红外灯;二是在摄像机的镜头前安放一个全景光学系统。经过上述改良后的主动式红外监控系统便为本课题所研究的火灾监控系统的硬件系统, 硬件系统结构图可如图1所示。
各部分具体功能如下:
(1) 阵列式红外灯用于满足夜视需求。
(2) 全景光学系统用于扩大视角, 其镜面的底面材料为砷化镓或锗。
(3) 摄像机及其辅助的控制器与监视器的相关设备, 用于采集图像。
3 火灾检测的ABRCS算法
本文所研究的火灾监测系统中的火灾检测技术是一种基于图像处理技术的新型技术方法。主要从图像的面积变化趋势 (Area) 、图像的平均亮度 (Brightness) 、图像的红色饱和度 (Red saturation) 、图像的质心变化 (Centroid) 、图像的形状 (Shape) , 这五个角度去分析图像。故取名为火灾监测的ABRCS算法。
具体的判定流程如下:
(1) 将前后连续采集到的两帧图像相减, 得到待判别图像。然后将其做二值化处理和中值滤波等处理后计算图像的面积。若面积呈增大趋势, 则调动下面的判定流程。
(2) 计算图像在RGB下的平均亮度值和红色饱和度值, 若满足实地情况下取的参考值, 则调动下面的判定流程。
(3) 计算连续采集后相减的图像的平均亮度值, 若持续的进行无规律的变化, 则调动下面的判定流程。
(4) 计算连续采集后相减的图像的质心坐标, 若持续的进行无规律的变化, 则调动下面的判定流程。
(5) 计算采集后相减的图像的周长, 与面积结合起来计算圆形度, 并与参考值相比对, 若满足条件, 则可定为火灾疑似部位。
下面为算法的流程图。
4 ABRCS算法实验与数据分析
由上文所述和讨论可知, 各种算法可以在一定的准确率要求下满足对火灾的检测。为了进一步对其进行验证, 下面将会进行一个完整的ABRCS算法的实验。下面的图片为本次实验中所采集的9帧图片。
其中前6帧图片采集的时间上相对较近, 为相邻帧图片, 主要用于判断图像的闪烁、抖动以及平均亮度与红色饱和度。后3帧图片的采集时间相对较远, 主要用于进行面积变化趋势判断和圆形度计算。
实验结果: (1) 通过对前6帧图片分析得到:图像的平均亮度与红色饱和度满足参考值要求;图像的平均亮度时刻在变化;图像的质心坐标时刻在变化。 (2) 通过对所有9帧图片分析得到:整体来看图像的圆形度满足要求 (有个别图片例外) ;图像的面积变化呈增大趋势 (相邻帧由于图像抖动并不明显, 而采集时间相对较远的图片很明显) 。
实验结论:可以认为发生火灾。
5 结论
随着视频监控系统的发展, 广视角视频监控必将会拥有更加宽广的表演舞台。而低成本高性能的广视角监控系统定会成为未来发展的潮流之一。图像处理技术突飞猛进的发展, 其独特的优越性也越发得到人们的重视, 故而其注定将会在火灾检测系统领域得到重要的应用。所以, 本文针对以上两点进行分析、研究、实验、再分析再实验, 通过反复的分析与实验得到了一种基于图像处理技术的广视角火灾检测系统。本系统, 利用图像处理技术作为火灾检测手段, 同时利用光学系统实现了扩大监控视角的要求, 最后成功的将阵列式红外灯加入系统, 既引进了红外监控系统, 实现了夜视的要求。当然, 本系统仍有一些不足之处, 对于基于图像处理技术的火灾检测系统而言, 若想真正的实现大规模的使用, 还是需要提高很多的。
摘要：研究的内容为, 一种以主动式红外摄像监控系统为硬件基础的, 基于图像处理技术的火灾检测系统。首先, 介绍了此系统的硬件组成部分。随后, 又介绍了本系统的软件部分。最后, 通过实验对系统的性能进行了分析。
关键词：火灾检测,全景,夜视,图像处理
参考文献
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[3]余怀之.红外光学材料[M].北京:国防工业出版社, 2006.
[4]曾吉勇, 苏显渝.双曲面折反射全景成像系统[J].四川大学光电系, 610064.
[5]肖潇, 杨国光.全景成像技术的现状和进展[J].光学仪器, 2007, (8) .
[6]金华彪.基于数字图像处理的火灾探测技术[J].消防设备研究, 2004.
云存储安全增强系统的设计与实现 第8篇
关键词：云存储,安全增强系统,设计
0 引言
随着电子计算机技术的发展,云计算在很多中小企业、科研单位以及个人用户中逐步得到推广使用。云存储是在云计算的基础上发展得来的一种新的网络存储形式,为用户提供了较为便捷的存储平台,也降低了数据存储的成本,但是在使用过程中也出现了新的安全问题。设计并实现云存储安全增强系统,能有效防止数据在存储中的泄露,同时,保证各存储内容的隔离、禁止用户非权访问存储文件,在实际应用中有积极效用。
1 云存储相关背景介绍
1.1 云存储系统介绍
云存储是在云计算发展基础上产生的新概念,主要是通过网格技术、集群应用等系统功能,对网络中不同存储设备进行集合,协同提供数据存储和访问等作用的系统。主要是应用软件和存储设备,为用户提供存储的服务。在实现该服务的过程中,需要网络技术、Web技术、集群技术等支持作用,减少了用户的存储管理和存储成本,具有物美价廉等优势。
1.2 云存储安全增强系统
云存储服务商在提供存储服务的同时,有权获取和篡改存储文件,这也对人们使用造成一定的限制,尤其是企业,对很多敏感信息如财务报表等,仍选择其他存储设备,制约了云存储技术的进一步发展。云存储安全增强系统主要是通过客户端实现存储文件的加密,设置访问控制机制,保证只有授权用户才能访问数据文件,采取系统管理禁止非授权用户的访问操作。
2 云存储安全增强系统相关技术
2.1 基于属性的加密机制
该项技术建立在双线性对基础之上,它准许用户通过文件属性对信息进行加密和解密,在访问系统设计中将授权机构和用户都纳入其中,授权方生成并管理用户属性密匙,用户则对文件的属性进行确定和加密。基于属性的加密机制也是云存储安全保障系统的重要访问控制技术。
2.2 用户访问控制技术
该项信息安全技术是为了禁止非法用户进入系统乱用系统资源的现象,是一种信息共享和用户访问权限定的有效手段。首先设置用户身份证明,如信息验证、提问关卡等。在此基础上,再采取一定控制策略来监督控制合法用户的系统行为。云储存数据量大,因此可以在每个存储文件建立相应的的访问控制,实现系统的高效运行。
2.3 数据加密技术
对数据进行加密处理实际是将明文转化为密文的过程,解密则是对明文进行恢复处理,一般包括对称加密、非对称加密和哈希算法等方法。
2.3.1 对称加密技术
对称加密主要是数据的加密解密均使用相同密匙,发送双方就密匙设置进行协商,并保密密匙算法,具有简单快捷、难破译等优点,但是一旦其中一方泄露信息,文件安全性就大大降低。
2.3.2 非对称加密技术
与对称加密技术相反的是,非对称加密技术加密和解密使用两把不同的密匙,即私有密匙和公开密匙。私有密匙由持有者保管,公开密匙对外公开,其中一把密匙加密的数据文件只有另一把才能打开,过程操作中如果出现他人截取加密信息的情况,但是无法知道私有密匙,也不能解密文件。该项技术被广泛应用于身份验证等领域,但是在实施过程中存在速度慢、信息量小等不足。
2.3.3 哈希算法
通过一定的运算方法,将任意长度的输入信息生成特定的哈希值,这就是哈希算法。主要运用于文件的校验、数字签名等领域,安全性较高,操作性强。
3 系统设计与实现
3.1 系统结构
云存储安全增强系统结构如图1所示,主要包括客户端、云安全管理端、云存储端、云审计端四个要素。
云客户端是用户登录的接收端口,可代理用户访问云存储端、云审计端和安全管理端,并向云存储发送数据存储请求,向云安全端发送注册和身份验证信息,通过云审计端进行审计请求。
3.2 系统实现与分析
3.2.1 云存储安全增强系统的安全特性
云存储安全增强系统所涉及的方面较广,系统功能的实现主要从存数数据的完整性、机密性,访问控制等方面考虑。系统要保证云端存储的数据与用户上传时的数据状态保持一致,不可随意更改、破坏数据,禁止数据的丢失,保证数据完整无误;其次,对数据进行加密处理,保证用户资料文件不被泄露,对访问用户进行控制管理。云存储的用户群较大,这对系统的功能发挥也提出了更高层次的要求,在现实条件下要增强安全系统的设计开发,对各个端口进行处理,保证系统功能的实现。
3.2.2 云安全管理端功能设计实现
如图2所示,云安全管理的功能结构主要由用户注册和登录两个模块构成。
用户发出注册请求,云端安全管理端在接受用户请求后,对信息进行审查,同时将系统机制命令生成的用户属性密匙存储到用户信息表中,在用户登录时,查阅该用户信息,对用户合法性进行审核。
3.2.3 云存储端设计实现
云存储端主要功能流程为:接受客户端数据发送请求→用户信息验证→判断用户访问该文件的权限→将数据返回给云客户端。其功能主要为:验证用户信息身份、审核访问权限、生成信息证据、存储数据文件。
3.2.4 云审计端的设计与实现
云审计端主要是为系统提供审计功能,对客户端的证据进行审计,并处理云客户端审计请求,主要功能包括存储、审计证据。对云客户端发送的相关证据进行存储管理,如果收到云客户端的审计请求,对证据进行审计,然后将审计结果返回给云客户端。
此外,在云存储安全增强系统应用中,系统允许多个用户同时访问请求,这样在访问用户较多的情况下,可能产生冲突或者系统错误问题,就需要引进更高效的用户请求机制,保证系统操作效率。同时,还需要考虑网络不稳定等因素导致文件传输过程出现的问题。
4 结语
增强现实的系统结构与关键技术研究 第9篇
增强现实技术AR (Augmented Reality) 是在虚拟现实VR技术 (Virtual Reality) 的基础上发展起来的典型的交叉学科, 具有十分广泛的研究和应用范围, 涉及到诸多技术领域, 如计算机图形和图像处理、人机界面交互设计、移动计算、计算机网络技术、信号处理技术、以及新型显示器和传感器的设计等。
与传统虚拟现实技术所要达到的完全沉浸的效果不同, AR将计算机生成的虚拟影像实时准确地叠加在实景对象上, 从而允许用户使用实景对象与虚拟的影像进行实时无缝交互。AR技术需具有3方面的特点: (1) 真实与虚拟图像的结合, (2) 实时互动, (3) 根据实景物理对象对虚拟影像进行定位[1]。由于增强现实具有将真实场景同虚拟物体加以融合并实现实时交互的特性, 能够增强用户对现实环境的理解和认知。
本文首先讨论增强现实系统的总体架构, 在此基础上着重论述增强显示的关键技术, 即:显示技术、跟踪注册技术、相关方法及其各自的特性, 在本文的最后, 对增强现实应用和未来趋势概要地作出总结。
2 增加现实系统架构
增强现实的整体系统通常由场景采集、跟踪注册、虚拟场景发生器、虚实合成、显示系统和人机交互界面等多个子系统构成, 如图1所示。
增强现实系统中, 通过处理现实实景的图像建立起实景空间, 根据跟踪注册技术确定摄像机的姿态以及虚拟图像的空间定位, 虚拟图像与实景图像通过配准排列, 合成未虚实融合的增强现实环境, 这个环境再输人到显示系统呈现给用户, 最后用户通过交互设备与场景环境进行互动。其中, 让虚实准确结合的注册步骤非常关键, 和最后的显示输出端一起, 决定了用户对增强现实环境的最终感知效果,
3 增强现实系统的显示技术
增强现实系统的能够利用融合计算机视觉、显示技术、多传感器等技术对真实场景进行扩展和增强, 根据Eitoku[2]提出的标准, AR的显示装置的设计应该有4个准则: (1) 虚拟信息与现实世界共存; (2) 支持协同工作; (3) 不给用户增加特殊仪器的负担用户; (4) 支持显示自然的三维图像。主要集中在3种类型:透视式的头部佩戴显示器, 基于投影显示器和手持式显示器。
3.1 头部配戴显示设备 (HMD, Head Mounted Device)
透视式HMDS通过光学或视频技术, 使用户看到将虚拟物体与现实实景融合后的场景。这类显示器又可分为光学透视OST (Optical See Through) 和视频透视VST (Video See Through) 的HMD。
用户通过OST HMD可以直接看到现实实景与虚拟信息叠加融合后的场景。例如Google正式发布的眼镜项目“Google Glass”, 这款眼镜集智能手机、GPS、相机于一身, 所有的信息都能即时展现在眼前, 比以往的设计头盔式显示器更小更薄的头部佩戴装置[3]。
OST HMD对真实环境几乎无损显示。用户获得的信息比较可靠全面, 对真实环境与虚拟图像融合匹配的精确度要求较高。首先由摄像机摄取实景图像, 然后将生成的信息或虚拟影像图像叠加在摄像机视频上, 通过显示系统呈现给用户。VST HMD的优点在于较好地处理诸如被遮挡场景、色彩强度等问题, 以保持真实场景与虚拟图像的一致性。
3.2 投影显示设备 (Projection Display)
基于投影技术的显示, 不需要用户佩戴设备, 对用户的体验保持最低限度的侵扰。现有多种投影显示技术, 将图像信息直接投射到真实物体的表面, 通常是在固定的物体的表面。投影设备同时能够将图像投影到更大范围的环境中。
投影显示设备更加适合室内增强现实环境, 生成图像的焦点不随用户视角的改变而改变。投影显示设备与固定的跟踪定位设备相配合, 将虚拟物体投影到真实世界中的相应位置。例如大众研究集团与大众服务学院联合开发的投影式增强现实系统, 可用于新车型的开发与技术创新的培训[4]。
3.3 手持显示设备 (Hand Held Device)
手持设备的增强现实应用不需要额外的设备和应用程序的能力, 对用户体验没有侵扰, 易于携带和高度移动自由度等优点, 广泛为社会所接受, 因此经常被用于在广告, 教育和培训吸引用户注意的重要设备。
Layer App是典型的智能手机上的增强现实应用程序之一[5]。用户在指定的的位置, 使用手机内置罗盘以确定镜头所指的方向, 在手机显示屏上即可显示出场景中的细节信息, 当用户平移其设备的摄像头左右, 屏幕上会填充不同的景点信息, 包括快速通道的可用性, 景点的描述等等。
4 增强现实系统的跟踪注册技术
跟踪是指跟踪3D空间中的一点或几点的3D坐标与6DOF的姿态信息, 注册即是虚拟物体和真实场景在三维空间中位置的一致性, 即在空间上的整合, 跟踪注册是一个持续的动态过程[6]。跟踪注册是增强现实系统中的紧密相关的关键技术。目前广泛应用的注册跟踪技术可以分为3类:基于传感器的注册跟踪技术、基于视觉的跟踪注册技术、和基于传感器与实际的混合跟踪注册技术。
4.1 基于传感器的跟踪注册
基于传感器的跟踪注册技术, 首先记录实际场景中用户的方向和位置, 在便保持虚拟空间和真实空间连续性的基础上, 实现虚拟对象与实际场景的精确配准融合。常用的传感器技术主要有:磁场 (magnetic) 跟踪注册、声学 (acoustic) 跟踪注册、光学 (optic) 跟踪注册、惯性 (inertial) 跟踪注册。
磁场跟踪注册系统, 由控制器、磁场发射器和接收器组成, 利用磁场相关的参数, 从而确定用户的位置和方位。例如徐彤等设计的六自由度电磁跟踪系统[7]。
声学跟踪注册系统包括超声波发射器、接收器、和处理单元。利用同一声源到达不同地点或者不同声源的超声波到达同一地点的时间差、声压差等参数进行跟踪注册。超声波跟踪注册系统成本低, 抗电磁干扰能力强, 但是非常容易受周围环境的噪声、温度、湿度以及遮挡问题的影响。
光学跟踪注册系统使用感光设备, 接受发光元件产生的光线, 用以测量目标的方位。该类系统的精度高, 不受噪声和电磁场影响。主要缺点是易受视线和遮挡的影响, 而且设备昂贵。
惯性跟踪注册系统使用惯性传感器, 获取用户或摄像机的运动方向和姿态, 获取摄像机的运动位置和速度。使用惯性跟踪注册技术存在着漂移和误差累计, 因此精度不高, 必须与其他注册跟踪技术联合使用, 才能达到较高的精度。
基于传感器的跟踪注册系统, 可以记录真实场景中用户的方向和位置, 在此基础上保持虚拟空间和真实空间的连续性, 实现精确配准与虚实图像的融合。
4.2 基于视觉 (Vision-Based) 的跟踪注册
基于视觉的跟踪注册基于视觉跟踪的跟踪注册则不需要使用传感器设备, 由于硬件成本相对低廉, 而受到越来越多地关注。
基于视觉的跟踪注册过程为:首先根据摄像机摄入的图像或视频流进行处理, 检测图像中目标物体的特征, 并欲与预存的场景图像的特征进行匹配。若匹配成功, 通过图像特征可以获得摄像镜头的单应性矩阵, 据此可以计算出摄像镜头相对于场景中物体的位置及姿态。跟踪注册主要是基于标识的跟踪[8]和无标识的跟踪[9]。
基于标识的跟踪注册技术, 由于标识是人工放置, 由此根据计算机视觉中的透视投影算法, 即可获取摄像机相对于标识的转换矩阵, 从而获得注册信息。目前基于标识的跟踪注册系统, 已有ARTool Kit[10], ARTag[11]等。ARTool Kit较为适用小规模的应用, 而ARTag在处理较大规模的应用时则处理速度更快[12]。基于标识的跟踪注册计算复杂度较低, 具有较好的精确性, 但同时也易受遮挡的影响。
无标识跟踪注册技术, 又称为基于自然特征点的注册跟踪技术, 是直接利用场景中存在并且容易识别的实景物体的自然特征, 提取识别的基准点。经典的算法有Ferns算法[13]、SURF算法[14]、和SIFT算法[15]。在手持设备上运用时, 由于真实的场景往往比较复杂无标识跟踪注册的计算量较大, 实时性较差。
4.3 混合跟踪注册技术
混合跟踪注册是指在同一增强现实系统中采用两种以上的跟踪注册, 以实现各种跟踪注册的优势互补[16]。基于传感器的跟踪注册技术跟踪需要较为昂贵的硬件设备, 易受外部环境变化的影响, 但是实时性好, 鲁棒性高。基于标识的跟踪注册的主要性能特点是精度高, 实时性较差。把这两种注册跟踪技术相结合, 则可以综合各自的优点, 弥补各自的缺点, 使其成为一个鲁棒性较强、实时性较好、精度较高并且受外界干扰较小的综合跟踪注册系统。例如Azuma等在1998年提出的将GPS、视觉跟踪注册技术和惯性传感器三种技术综合户外增强现实系统。[17]
5 结语
增强现实技术虽然和虚拟现实技术可以追溯至同一个起源, 但对它的研究要比虚拟现实技术落后很长的时间。尽管如此, 增强现实一经出现就引起了国际工业界和学术界的极大重视, 国际上众多科研机构、学术组织, 商业公司, 如波音、索尼, 罗克韦尔都竞相展开对它的研究。
实时视频图像处理技术、计算机图形系统以及新的显示技术和触觉技术的发展使得虚拟图形与3D真实场景的结合, 增强环境的创造成为可能。在这一增强环境之中, 三维的虚拟物体图像能准确的与用户周围的三维环境视图进行配准, 同时用户可以以自然的方式与虚拟物体交互。在医学成像、机械设计与制造、军事应用、机器人遥控、新闻娱乐等各行业, 增强现实技术正在逐步从实验性研究转化到商业性开发, 在有着巨大的发展前景。
摘要：首先概要介绍了增强现实技术的概念、相关特性, 并总结了增强现实系统的总体结构, 概略介绍了各组成部分的功能以及对应的关键技术。然后在此基础上论述了关键技术中的显示技术和跟踪注册技术, 最后对增强现实的当前应用和未来趋势做出了概要总结。
关键词：增强现实,跟踪注册,实时跟踪,虚实配准
参考文献
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[3]S.Brin, “Google Glasses To Release In Less Than Two Years”, http://www.mobilespect.com/google-glasses-to-releasein-less-than-two-years-sergey-brin.html (J/OL) .
增强系统 第10篇
关键词：森林防火；通讯；应急处置；能力
中图分类号：S762.3 文献标识码：A DOI编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2015.06.032
Abstract： Forest fire prevention， monitoring and scheduling coordination every hour and moment fighting command cannot leave the communication system. In this paper， through the four aspects respectively introduces the communication system of forest fire prevention situation of Tianjin city， Tianjin city communication system of forest fire prevention problems， improvement of Tianjin city communications for forest fire prevention system construction significance and improvement of Tianjin city communications for forest fire prevention system construction goal and the guarantee measures.
Key words： forest fire prevention； communication； emergency disposal； capacity
森林火灾的预防、监测以及扑救指挥的调度协调无时无刻都不能离开通信系统。完善的森林防火通信系统，可以确保获得快捷准确的森林防火信息，保证上下沟通的顺畅，实现增强处置紧急突发事件以及重特大森林火灾的能力。因此，进行完善天津市森林防火通信系统的建设，能有效改善天津市森林防火通信系统落后的现状，提高天津市森林火险预警、监测及林火信息传输处理的效率。对于及时发现火情、传递信息、迅速开展指挥扑救，将森林火灾造成的损失降低到最低程度，增强天津市林火综合管理水平，减少森林防火工作的不确定性和盲目性，提升天津市森林防火通信先进性、科学性和实用化、现代化相统一具有十分重要的意义。
1 天津市森林防火通信系统现状
天津市经过近几十年的努力，在森林防火工作中取得了一定的成效，但防火资金主要用于扑火机具装备、预警监测系统的建设上，由于资金有限，在通信系统建设上的投入很少。天津市防火通信目前还停滞在以公网固定电话、移动电话为主要通信方式。目前，还处于通信手段落后、通信覆盖率低、火场通信盲区多的被动状况。然而森林火灾预警的监测、扑救指挥以及通信是密不可分的。为提高森林火灾防御能力，切实保护好天津市的森林资源，为今后森林防火、灭火提供通信保障，保障森林消防队伍灭火作战时能够及时采集和传输火场信息，实现全市各级森林防火指挥员与火场一线人员语音、数据通信，并随时跟踪掌握扑火队伍定位信息，急需实现天津市重点火险区森林防火通信联网，有效保护森林资源，加快森林防火工作的建设步伐，增强处置紧急突发事件和重特大森林火灾的能力。
2 天津市森林防火通信系统存在的问题
2.1 市级森林防火指挥中心建设起步晚
天津市森林防火工作较其他省（市）起步晚、起点低。虽然市森林防火指挥部办公室已经成立，但受资金等因素限制，目前指挥中心办公室与市林业局森林公安局合署办公，市森林防火指挥中心面积仅有70 m2，各种办公设备、交通工具短缺，扑救指挥设备尚未配备，与省级指挥中心建设标准相差甚远，给天津市森林防火工作的开展带来了极大的难度。为进一步增强天津市扑救森林火灾扑救调度指挥的能力，全面提升森林防火扑救指挥的科技含量，使市指挥中心尽快达到省级指挥中心建设标准，急需投入资金，全面改善改善指挥中心的落后现况。
2.2 瞭望监测系统尚未完全建成
蓟县是天津市唯一的一处国家级重点火险区。通过近几年全国重点火险区森林防火综合治理工程建设，县内已建有防火瞭望塔9座，瞭望观测面积达到5万hm2。按现有瞭望监测设施数量计算，瞭望覆盖率仅能达到73.6%，尚有约26%的瞭望盲区，瞭望网络系统尚未完全建成。一旦发生火情，难以及时发现并准确地提供火警点，并无法真正实现“打早、打小、打了”的扑救目标。
2.3 森林防火通信系统建设滞后
天津市现阶段防火通信主要以公网固定电话、移动电话进行通信联络，由于森林火灾多数发生在偏僻、林农交错、交通不便的区域，这些区域往往是公网移动电话覆盖不到的，在发生火情时，很难取得联络；而各区县的通信系统又是独立工作的，无法实现联网通信，彼此之间不能及时进行火情传递并请求其他区县进行支援，导致贻误扑灭森林火灾最佳时机，造成巨大的损失。而重点火险县蓟县由于地处山区，多数区域是公网固定电话、移动电话覆盖不到的，适宜采用建设通信基站方法，加大通信覆盖面积。而由于目前该县已建通信基站数量较少，无线覆盖范围有限，只能满足部分区域内护林员的通信联络，在火灾发生时，往往由于通讯不畅，导致信息传递延误，容易错过扑救森林火灾最佳时机。
3 完善天津市森林防火通信系统建设的重要意义
3.1 实现可持续发展战略的需要
森林火灾是一种突发性强、危害性大的自然灾害。森林防火涉及多种学科以及多种技术手段。其中，森林防火通信系统是森林防火体系中至关重要的一个环节，在森林防火工作中起着举足轻重的作用。加强天津市森林防火通信系统建设，针对森林防火保障通信系统的畅通，采取必要的、可行的措施，准确将防火信息送达市森林防火指挥系统，实现第一时间段科学指导全市森林火灾的防御和扑救措施，将森林火灾发生的频率和破坏程度控制在最小的范围内。因此，加强天津市森林防火通信系统建设工作不仅是满足森林防火的客观要求，也是保障可持续发展的迫切需要。
3.2 保证生态安全的需要
完善天津市森林防火通信系统建设，可有效控制林火的发生率，减少森林植被的损失，从而能有效保障天津市森林涵养水源、保持水土、净化空气、美化环境、防止土地沙漠化等一系列生态效益的发挥。特别是有效地保护了天津市的森林资源，对改善北京、天津地区生态环境、实现持续发展提供了可靠保证，其生态效益十分可观。
3.3 保护生物多样性，促进旅游事业发展
完善天津市森林防火通信系统建设，能有效地保护全市的森林生态系统，有利于珍稀野生动植物的生存和繁衍，增加生物多样性，维护并进一步改善自然景观，从而促进全市生态旅游事业的发展。
3.4 充分发挥通信系统在扑救森林火灾中的重要作用
完善我市森林防火通信系统建设，可全面改善天津市防火通讯设备落后、老化，通讯不畅的被动局面，通过建设形成覆盖天津市重点火险区的森林防火通信网络系统，充分发挥通信系统在扑救森林火灾中的指挥、调度作用，及时有效扑救森林火灾，有效地控制林火的发生率，减少森林植被的损失，将森林火灾的危害降低到最低程度。
4 完善天津市森林防火通信系统的建设目标和保障措施
4.1 建设目标
一是充分利用天津市防火办、重点火险区蓟县现有的有线、无线、专网等链路资源和设施设备，组成市、重点火险区通信系统平台，接收和传输森林火险信息。二是在现有通信系统设施不能达到的蓟县山区增加基地台，通过合理布点，解决重点区域通信基本覆盖问题。三是通过建立应急通信系统，以保证天津市重点火险区的森林火险信息都能够及时将语音信息传输到各级森林防火指挥中心。
森林防火无线通信网络建设以县为单位，并以450 M或150 M为基本传输频段，通过无线语音组网，以及基础通信网络建设、应急通信系统建设、微机网络系统建设，建立稳定、可靠和适用的超短波基础通信网络，使火场到前指的语音通信平均覆盖率达到95%以上，火场前指到区县、市森林防火指挥部之间的语音传递率达到100%。
4.2 保障措施
4.2.1 实行行政领导干部任期目标责任制 森林防火实行政府总负责制，行政一把手负全责，分管领导具体抓的政府责任制，各级政府要层层签订森林防火任期目标责任书，同时按照《森林防火条例》规定，有计划地加强完善森林防火通讯系统基础设施建设，把责任落到实处，确保计划的实施，从根本上提高森林防火工作中的通讯能力。
4.2.2 通过实施完善天津市森林防火通信系统建设项目，争取国家资金支持 充分抓住国家加大向生态工程建设投资机遇，争取资金尽快扭转天津市森林防火通信系统的落后局面，早日实现天津市重点火险区森林防火通信联网，有效保护森林资源，加快森林防火工作的建设步伐，增强处置紧急突发事件和重特大森林火灾的能力，尽可能减小森林火灾对天津市造成的损失，为维护社会稳定和生态环境安全做出积极贡献。
4.2.3 加强对建设项目实施监督管理 由天津市级森林防火办公室负责确定项目建设的责任单位，并由责任单位严格按照国家项目批复组织实施。在项目实施过程中，责任单位的上一级主管部门应组织检查组对项目进行监督检查，以确保所有森林防火通信系统建设项目按批准的内容实施，并保证工程项目按期保质保量完成。
4.2.4 设立森林防火建设专项资金，健全资金管理和监督制度 为保证项目的真正落实，防火通信系统建设资金必须设立专用资金账户，实行专款专用，防止专项资金被挤占、截流、挪用，以提高资金的使用效益。
4.2.5 加大工程质量管理力度 严格按照基本建设程序办事，建立项目法人责任制，层层签订责任状，做到目标明确、责任到人。严格实行建设项目招投标制和工程监理制，加强工程建设的监督检查，确保工程建设质量。切实加强工程建设的技术管理，从设计到施工必须严格执行工程建设技术管理规程。建立严格的验收制度，要严格按照工程建设程序进行检查验收，并接收上级主管部门的检查验收。
参考文献：
[1] 宣峭，朱玉杰，张艳辉.论森林防火指挥中心机动通信系统的构建[J].吉林林业科技，2006，35（2）：34-36.
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[3] 赵靖.石家庄引进便携式森林防火卫星应急通讯系统[J].中国林业，2011（4）：44.
[4] 廖均良.六盘水建立森林防火卫星应急通信系统[J].国土绿化，2012（1）：51.
[5] 李树学，刘丽杰.长白山国家级自然保护区森林防火无线通讯系统建设探讨[J].吉林林业科技，2011，40（5）：35-38.
增强系统 第11篇
目前,世界上包括四大全球导航系统:美国GPS,俄罗斯GLONASS,欧盟Galileo以及中国BDS。全球导航系统在个人导航定位、车辆监管、航空航天、资源探测、测绘等各个领域得到广泛应用,但是单独依靠GNSS系统无法满足某些高精度定位应用的需求,增强系统应运而生,提高全球导航系统的导航定位性能,以满足高精度的应用。
所谓增强是指通过提供额外信息达到定位,导航和授时信号性能增强的目的,包括定位精度,完备性、可用性、可靠性、独立的完备性监测和预警能力等,可服务于特殊的紧急应用,例如,用于安全性极高的精密进场或完成飞机的曲线着陆管理等。
二、空基和地基增强系统
增强系统包括空基增强系统和地基增强系统。
1、空基增强系统
空基增强系统(SBAS,Satellite Based Augmentation Systems).又称地区性广域差分增强系统,采用地面监测站网络进行GNSS距离测量,观测数据通过广域网络转发到数据处理中心,主站根据观测数据计算卫星轨道、卫星钟差和电离层误差的相关改正参数,电离层改正参数考虑到广域差分需要的改正。SBAS系统主要由四部分组成:地面参考基站,主控站,上传站和地球同步卫星等。美国、欧洲和亚洲都在开发自己的SBAS系统。在欧洲,欧洲对地静止导航覆盖服务(EGNOS,European Geostationary Navigation Overlay Service)系统现已建成并开始运行。美国的广域增强系统(WAAS.Wide Area Augmentation System)、日本的多功能卫星增强系统(MSAS,Multi-functional Satellite Augmentation System),
以及印度的GPS辅助地理增强导航(GAGAN,GPS Aided Geo Augmented Naviagtion)系统都已经进入不同的开发和应用阶段。除MSAS外,日本还在开发准天顶卫星系统(QZSS,Quasi-Zenith Satellite System),并于2010年9月11日发射三颗卫星中的第一颗。作为GPS的一种增强服务,QZSS为日本地区提供位于天顶方向的测距源。大椭圆“8”字形非对称轨道使这些卫星能够在高仰角区通过,从而更好地覆盖城城市峡谷。
2. 地基增强系统
国际民航组织提出了地基增强系统(GBAS.Ground Based Augmentation Systems)的概念,美国定义其名称为本地局域增强系统。实际上,地基增强系统不止满足民航,也满足大地测量与地球科学、GNSS测量、测绘和导航用户的需求。地基增强系统是卫星定位技术,计算机网络技术、数字通信技术等高新科技多方位、深度结晶的产物。连续运行的基准站(CORS)系统由基准站网.数据处理中心、数据传输系统,定位导航数据播发系统、用户应用系统五个部分组成,各基准站与监控分析中心间通过数据传输系统连接成一体,形成专用网络。世界上较发达的国家都建立或正在建立地基增强系统。国际GPS服务商(IGS)在全球布设了永久性连续运行的GPS跟踪站,目前全球约有IGS站点400多个,隶属于不同国家的100多个科研机构、大学和政府组织,是国际上最具影响力的地基增强网络。美国CORS系统是由美国国家大地测量局(National Geodetic Survey,NGS)负责组织协调的一个合作运行网络,截止2011年11月,该系统拥有200多个不同组织管理的1800多个GPS连续运行站组成。德国卫星导航与定位服务网络(SAPOS,The Satellite Posltloning Service of the German National Survey)是德国国家测量管理部门负责建立的覆盖全国的多功能差分导航定位服务网络,现由200多个永久GPS跟踪站组成.平均站间距离4km。欧洲永久性连续运行网(EUREF Permanent Network,EPN)是欧洲100多个机构和大学建立的永久性卫星基准站网的基础上,由IAG欧洲分委员会(EUREF)负责建立的一个合作性连续运行站网。其他欧洲国家,即使领土面积比较小的芬兰、瑞士等也已建成具有类似功能的永久性GPS跟踪网,作为国家地理信息系统的基准。在亚洲,日本已建成近1200个GPS连续运行站网的综合服务系统——GeoNet。近年来,国内各省市掀起了建设GPS地基增强系统的热潮,除了宁夏、甘肃、西藏等西北经济欠发达的少数几个省份外,其他20几个省(市)都已经完成了系统建设,国内地基增强站的数量已达2000个。
三、中国北斗地基增强系统发展现状
自北斗卫星导航系统正式提供服务以来,地基增强系统的建设在我国陆续展开,多个区域地基增强系统已经建立完成。国家层面也在筹划我国北斗地基增强系统的总体建设,各地市大多在原有GPS地基增强网络的基础上进行了升级改造。
1. 国家北斗地基增强系统
2013年6月21日,中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其在召开的“北斗应用推广示范工程”工作会议上介绍,我国北斗地基增强网已经完成总体技术方案论证和关键技术演示验证,提出了建设覆盖全国的北斗地基增强骨干网建设目标,搭建了演示验证系统,目前已联合各部委成立了工作组和专家组,即将全面启动实施。
国家北斗地基增强系统建设的具体目标为在全国建设150个均匀分布的框架网参考站,同时在湖北、湖南和广东建立150个示范加密网参考站:完成1个综合数据处理中心和1个备份数据处理中心、3个区域数据处理中心建设;完成交通、测绘行业.地理国情监测和大众应用服务示范子系统建设,实现广域、区域、辅助增强一体化集成服务:通过框架网和示范加密参考站的建设,为建设全国范围内实现实时厘米级定位服务系统提供统一选点、统一规划,统一建设,验收的标准。
2. 湖北北斗地基增强系统
2013年3月22日,中国首个BDS地基增强系统湖北示范项目建成,兼容GPS和GLONASS,并且是全球首个采用三频(B1,B2,B3)定位技术实现厘米级定位的卫星导航系统。湖北BDS地基增强系统建成1个省级北斗地基增强系统和1个数据中心,包括6个参考站和24个区域参考站,全省达米级、分米级导航定位,区域内达实时厘米级高精度定位服务。
3. 江苏北斗地基增强系统
2013年6月22日,江苏北斗地基增强系统示范项目建设完成并通过验收。
江苏北斗地基增强系统通过新建或改造已有GPS基准站点,计划建立72个北斗地面连续运行基准站组成的网络,如图1所示。目前江苏省南京市建成了6个参考站,形成南京市区域BDS地基增强系统,完成一期工程建设,服务范围覆盖南京全市,基准站间基线最长69.7公里,最短22.2公里。在一期工程的基础上,2013年内完成“江苏北斗地基增强系统二期工程”苏南地区的建设(36个基站),2014年上半年完成“江苏北斗地基增强系统三期工程”苏北地区的建设(30个基站)。
4. 深圳市北斗地基增强系统
2013年7月,深圳地基增强系统开始建设,并计划2014年完成评估。其充分发挥原有CORS基础,站点选址首先考虑未覆盖地区同时兼顾站间距,新旧站有机结合且数据可共享,扩大站网覆盖面;充分发挥新站多系统观测卫星数多的资源,整体提升差分数据服务质量,根据国家制定的北斗基准站网的国家的标准,在国家部门和地方政府之间形成协调机制,预留接口,资源共享。深圳市北斗地基增强系统选择原有CORS互补区域建设,向覆盖区域提供实时厘米级定位服务,站点分布如图2所示。
5. 无线电指向标“差分北斗卫星导航系统基准站
2013年7月1日,全国首座无线电指向标“差分北斗卫星导航系统基准站”投入试运行,信号覆盖江苏南部,长江口和浙江北部演海水域,如图3所示。差分北斗卫星导航地面增强示范系统提供高精度定位,精度达亚米级。
四、我国北斗地基增强系统发展存在的问题建议
纵观我国地基增强系统的建设和应用情况,我国的卫星导航地基增强系统特别是北斗地基增强系统发展尚处于初级阶段,缺乏统一的顶层设计规划,数据共享问题不能解决,阻碍系统功能的最大化利用。此外建设的技术标准化也是一个亟待解决统一认识和解决的问题,技术标准应该是满足各行各业的需求,同时可以升级为满足国家需求,还可以与国际接轨。
(1)系统建设缺乏国家层面统一规划。国家需要顶层设计,明确民用建设和管理的中央部门,统一规划,切忌重复建设,走GPS地基增强系统建设的老路。
(2)建设模式尚未确定。应处理好北斗地基增强系统和已有GPS地基增强系统的关系,充分利用已有资源;同时建议各部门联合建设,资源共享。
(3)建设区域发展不平衡。建设主要集中在沿海城市及省市经济发达地区,我国内地靠近西部地区建网落后。
(4)建设和应用缺乏国家统一的技术规范和标准。应尽快制定适应我国国情的北斗地基增强系统的建设和应用标准,目前可参照GPS地基增强系统的相应技术标准执行。
(5)地基增强系统软硬件的国产化现状值得担忧。北斗高精度接收机、地基增强系统软件平台的技术水平跟国外相比还有所差距,稳定性、可靠性有待进一步提高。