湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划

1、PAGE 10PAGE 13项 目 申 报 表项目名称: 用于野外生命搜救探测的无人机系统学校名称中南林业科技大学学生姓名学 号专 业性 别入 学 年 份杨铭20144535电子信息工程男2014詹嘉文20144537电子信息工程女2014靳志勇20144515电子信息工程男2014黄麒麟20144512电子信息工程男2014邹银20144542电子信息工程女2014指导教师蒋 峰职称副教授项目所属一级学科电子与通信技术项目科类(理科/文科)理科学生曾经参与科研的情况热爱科学文化知识，积极探索各个知识和技术层面的应用领域，在大学一年级参加过电子设计相关的培训与实践工作，并组织过团队的集体讨论和

2、实践研究。指导教师承担科研课题情况主持科研课题：1）湖南省教育厅科学研究项目（优秀青年项目）：基于微流控的细胞低电压融合系统的研究2015-2018在研。2）湖南省教育厅科学研究项目：Nios-II内核的二次开发及其在家居环境智能开关控制系统中的应用2009-2010年结题 3）中南林业科技大学青年基金项目：低电压细胞融合系统的研究 20112014 结题 4）中南林业科技大学青年基金项目：基于蓝牙技术的智能总线开关的研究 20072009结题 5）中南林业科技大学人才引进项目：基于以太网嵌入式监控系统的研究 20052007 结题指导学生项目情况：1）指导2011年湖南省大学生研究性学习和创

3、新性实验计划项目无线智能探测小车，已结题，并获得湖南省“挑战杯”三等奖，入选第二届“湖南省大学生创新成果论坛”。2）指导2014年中南林业科技大学大学生研究性学习和创新性实验计划项目远程无线灯光智能控制开关的设计已上交结题材料，并获2015年长沙市大学生创业大赛“优胜奖”。2015年指导学生参加全国大学生电子设计大赛获“优胜奖”。此外，参与国家、省级课题各2项；厅级课题1项，主持教研课题2项；发表核心以上期刊论文18篇，其中SCI收录篇，EI、ISTP收录7篇；获得专利授权12项。项目研究和实验的目的、内容和要解决的主要问题研究目的：随着人们生活水平的不断提高，户外徒步游以及自驾游等旅行方式逐

4、步成为人们首选的热点。然而，由于这些方式所选择的旅游线路通常属于新开发甚至是未开发的景点，其安全配套设施不完善，容易使游人陷入危险境地。而有些地方通常比较偏僻，地形、环境复杂，难以开展生命搜救工作。因此，设计一种用于野外生命搜救探测的无人机系统，能快速方便的进入森林、高山、悬崖等人们难以到达的地方，捕捉、探测生命等信息，并能及时地送出环境图像，将提高人们的救援效率，增加被救对象的获救机会，降低救援人员的救援风险，具有实际的应用价值，符合以人为本的社会主旨。研究内容：1）无人机蓄电池的供电：a)MPPT最大功率算法研究；b)蓄电池智能充电策略研究；2）无人机的数据传输： a)研究红外数据传输系统

5、以及红外发射接收及调制电路；b)红外通信的软件抗干扰算法；3）无人机的遥感控制：解决远距离的无线通信，依据实时的遥感器控制参数，控制遥感设备的姿态和曝光间隔；要解决的主要问题：1）无人机上生命探测仪的供电问题；2）精简设备的重量，使无人机能够更长时间的续航；3）在复杂的环境下，不能保证信号的可靠传输，因此如何抗干扰也成为一个重要的问题；4）接收端能否准确完成操控指令的接收和解码工作；5）如何解决远距离的无线通信；6）如何实现生命的探测以及图像信息的采集与传输。国内外研究现状和发展动态无人机由于具有生存能力强、无人员伤亡风险、机动性能好、成本低、效费比好等优点，在军事领域以及其它非军事领域具有广

6、阔的应用前景。在军事领域：无人侦察机可用于完成战场侦察和监视、定位校射、毁伤评估、电子战等；无人靶机可作为火炮、导弹的靶标等。在非军事领域：无人机可用于地图测绘、地质勘测、灾害监测、气象探测、空中交通管制、边境巡逻监控、通信中继、农药喷洒等。目前，在民用领域，无人机主要在航测、航拍、航飞服务等方面运用较为广泛。无人机现阶段正在不断地发展完善，未来将占有很重要的地位。国内外研究现状和发展动态：世界上研究无人机应用的国家很多。目前，技术上应用比较成熟的国家有德国、瑞士、美国以及荷兰等。德国的DHL公司已开始研发无人机快递技术，去年该公司利用无人机向德国的一座小岛输送药品，这也是欧洲大陆历史上第一次

7、获得官方授权的无人机快递飞行。荷兰的壳牌公司已将无人机应用于欧洲最大的一些能源项目，未来也会把无人机用于检查石油和天然气设施的安全。美国的加泰罗尼亚理工大学的研究者们正在开发一款无人机，在这些无人机上加入热成像技术，计划将其用于非洲国家公园的日常巡查工作，以抓捕盗猎者。瑞士的联邦理工学院的一个研究团队开发出一种用于搜救的无人机，它可以通过准确定位手机Wi-Fi信号，确定失踪或被困者的位置。中国从20世纪末就开始无人机的研究工作。在民用领域，我国无人机的应用也取得了较好的成果。淮北供电公司运用无人机加强对各变电站、输电线路和农村供电设施的安全大检查，及时消除设备缺陷，提高设备运行水平，全力保障春

8、耕生产、经济社会发展和居民生活用电。“小鹰3A”号无人机在成都大邑县试飞成功。这是国内首例借助射频技术将无人机技术与人员定位搜救相结合的远距离搜索技术成果。该项成果将投入景区、野外应急人员搜救工作。虽然，无人机在民有领域的应用取得了一定的成绩。但是，运用无人机进行野外的生命救援工作，亦或是远红外设备运用于无人机上进行监测，无论是在国内，还是国外都处在一种刚刚起步研究的阶段上。因此，在这样的场合和背景下，研究一种用于野外生命搜救探测的无人机系统具有比较重要的意义。本项目学生有关的研究积累和已取得的成绩1）已经通过专业知识的学习，掌握了一些有关传感器方面的知识和一些实践操作的技巧；而信号的采集和传

9、输、信号的放大和抗干扰都是本专业（电子信息工程，下同）研究的主要领域，相信会在本专业接下来的系统学习和自主学习的双向作用下会形成不错的知识积累；此外，项目负责人已经在有关的丛书、网络资料、校内图书馆以及其他信息渠道上，获得了一些相关资料，可为本项目的设计与实施提供借鉴；2）已经学习了关于信号的采集、传输以及抗干扰的方法，相信能给项目带来有效的解决途径和思路；3）通过指导老师先期的指导工作，项目组成员已经具备了一定的设计和制作的经验和基础。项目的创新点和特色1）创造性的将无人机运用在人员的搜救和救援领域，其机动性强、灵活、耗能低、绿色环保且搜救效率和速度高； 2）将红外生命探测技术搭载于无人机用

10、于复杂环境下的生命探测和搜救，能够实时开展救援工作；3）解决复杂环境下的图像采集、传输以及通信干扰等问题，实现对无人机的有效控制；项目的技术路线及预期成果项目的技术路线：熟悉搭载平台红外图像的采集、音频的采集及时性的信号传输抗干扰处理控制端信号的接收与转换图像成形、音频转换确定救援人员所在地完成使命。具体设计方案如下：1）首先对无人机的结构和内部功能进行学习和研究，购买有关生命探测所需要的红外线电子设备，传感器以及相应的传输设备；2）采用8倍图像压缩、RS编码加交织的方式进行无线链路的设计，采用大规模FPGA完成发送端及接收端的算法实现，并通过试验验证设计指标满足系统要求；3）选用综合基带、发

11、射机和天线组成红外装置的发射端，其中综合基带是最为关键的部件，它用于完成对图像数据的采集、压缩、编码和交织，完成对状态数据的采集、编码、完成对传送数据的组帧输出及对发射信号的发射控制。考虑到相应的功率、体积和实际的耗费资源，将选择FPGA完成所有的信号处理；4）接收端由接收天线、信号处理机、接受处理组件组成；接受处理组件用于完成数据的接收、存盘、图像数据的提取、解压缩和显示及状态数据的提取和显示。解压缩采用软件实现，解压缩软件嵌入到控制平台的接收端的接收软件中，在接收信号的同时完成压缩图像的解码和实时显示；5）天线的设计：由于发送端设备位于无人机上，接收端设备位于控制端上，故而存在收发天线失配

12、问题，设计时接收端天线拟采用圆极化形式，发送端天线拟采用一对垂直分布的线极化天线，这样将极化损耗降到最低，有利于接收端的接收。同时考虑通信时抗干扰问题，发送端天线采用后向天线图形式，为增加抗干扰性，还要求发送端天线具有一定的增益；6）由于红外导引头的图像格式不是标准的视频图像格式，普通的视频图像压缩标准并不适用；而红外导引头的图像具有目标形状变化比较快的特点，也不适用帧间压缩方式；同时考虑到应用环境的特殊性，压缩算法必须具有硬件实现简单、体积和功耗小等条件，此外其压缩和解压缩算法实现还必须具备实时性强的特点，因此，将选择TMS320C6701高速信号处理器作为无人机系统主控器件，拟选用多分辨率

13、重采样图像压缩算法对图像数据进行压缩。接收端若使用软件对RS码解码，会造成较大的时延，故使用硬件完成图像数据的解交织、译码和状态数据的译码，使用软件完成图像数据的解压缩和图像显示，最终确定人员所在地，并提供实时性的援助。预期成果：1）制作一台有生命探测救援功能的无人机样机；2）发表12篇相关的学术论文，申报专利1项；3）撰写结题和总结报告一份。年度目标和工作内容（分年度写）2016年 04月2017年03月：查阅文献，获取相关的资料；确定项目的设计方案和思路；系统硬件设计与系统控制代码的编写，发表相关学术论文1篇。2017年04月2018年03月：系统软件设计及仿真；系统调试及功能验证实验；申

14、报专利;撰写论文及结题报告。指导教师意见该课题选题新颖，创新与实验性强，能较好的培养和锻炼学生的实践能力，同意并愿意指导该组同学选择该课题开展研究工作。签字： 日期：注：本表栏空不够可另附时间一锅米饭，放到第二天，水气就会干一些；放到第三天，味道恐怕就有问题；第四天，我们几乎可以发现，它已经发馊；再放下去，恐怕就要发霉了。是什么原因，使那锅米饭变馊变坏是时间。可是，在烟雨的江南，年轻的父母生下女儿，他们就在地窖里，埋下一缸缸米酒，十七、八年以后，女儿长大了，这些酒就成为嫁女儿、婚礼上的佳酿。它有一个美丽而惹人遐思的名字，叫女儿红。是什么使那些平凡的米，变成芬芳甘醇的酒也是时间。到底，时间是善良

15、的，还是邪恶的魔术师呢？或许都不是，时间只是一个简单的指数符号，它会把原来倍增而已。开始变坏的米饭，每一天都不断变得更腐臭，而开始变醇的美酒，每一分钟，都在继续增加它的芬芳。在人世间，我们也曾经看过天真的少年一旦开始堕落，便不免愈陷愈深，终于变得满面风尘，面目可憎。但相反的，时间却把温和的笑痕，体谅的眼神，成熟的风采，智慧的神韵添加在那些追寻善良的人身上。同样是煮熟的米，馊饭与美酒的差别在哪里呢？就在那一点点的酒曲。皆出父母，谁堕落如禽兽，而谁又能提升成完美的人呢？是内心深处，紧紧环抱不放的，捉摸不透的欲望。与其问，时间将怎样对待你我。不如问，你我将如何对待时间。你就是一道风景生于世界上，存于

16、宇宙间，你不比别人多，也不比别人少，同顶炎炎烈日，共沐皎皎月辉，心智不缺，心力不乏，只要你勇于展示自己的才华、个性及风采，那么，你就没必要去仰视别人。你，就是一道风景！不要隐于云海峰峦之后，不必藏于青竹绿林之中，你就是巍巍山峦的一石，就是苍苍林莽中的一株。所以你没必要敬畏名山大川，没必要去赞叹大漠孤烟，你的存在，其立身就在解释世上所有的景致；你的存在，正注释着时代的一种风情！不必去拥挤了，你就站在属于自己的位置上，不断地展示你内心世界的丰富内涵，给苍白的四周以绮丽，给庸俗的日子以诗意，给沉闷的空气以清新，每日拭亮一个太阳，用大自然的琴弦，奏响自己喜爱的心曲。自然美具有不以人们意志为转移的自然性

17、，梅花自有梅花的风韵，红杏自有红杏的丽姿，如今认清自己往往比注视别人更为重要。没必要一味褒扬别人贬低自己，应该果敢地站起，与最佳景观比肩，只要你不懈追求，相信你，不比别人差。真的，你行！翠竹之秀丽，青松之壮美，杨柳之潇洒，兰草之温柔，自然赋予各异风情，都在各自的一片土地上展示生命的光辉。如今所需的不是自谦，而是自信。很久很久了，虚假的谦逊毁掉个性的展露，模仿、装扮、整容，使人无法认清你的真面目，不知哪个是你自己，那情景似古代砖窑烧出的规格相同的陶俑。风景这边独好！妙在独好。我们太忽视这个“独”了。世上被人们公认的景点都是独特的：埃及金字塔，中国古长城；法国凯旋门，罗马斗兽场世上被人赞誉的美景也

18、别具风采：泰山日出，威尼斯水缄，热带雨林，撒哈拉大沙漠大凡能被我们记住的人多富有个性特征：阿Q的“快乐”，鲁滨逊的坚毅，王熙风的笑里藏刀，奥赛罗嫉妒杀人让个性伴你，站着该是一座山，倒下便是路基；完整时给人启示，粉碎时使人警醒你不比别人多，也不比别人少，你不用注视人们的眸光便可知道，你在阳光下用身影发表宣言：你就是一道风景！大气戈壁上的胡杨活着三百年不死，死了三百年不倒，倒了三百年不朽。飞沙走石中守住了生命的鲜活，孤苦凄然中昂起了信念的不屈。胡杨的勃然生机挺拔出了撼人的大气。秋风中的竹子虽消瘦但不折腰，虽孤独但不动摇，虽忧思但不哀鸣，任凭寒夜苦雨萧瑟，依然傲骨拔节凌空。竹子的冲天豪情正直出了高亢

19、的大气。池塘里的莲花身陷污泥而不染，一身清白不自怜，纵使面对丑恶也不悲戚，昂首独立更为清高。莲花丹青难写之精神顶立起风骨的大气。大气，便是冲破贫瘠和困苦之折磨即使有万千磨难也要心揣梦想播撒爱意的生气。嫩嫩的企盼不灭，目光便总是向前，重重的责任肩负，生长丰厚了痴迷的期待。大气，便是卑微不失凌云之志，平凡犹有不可欺之尊的骨气，用自己找寻使自己的足迹不欲，跌倒爬起照样有路可走，用自己的脖子支起自己的脑袋，用自己的脊梁挺直自己的腰板，失去拥有总是无愧无悔。大气，便是受邪恶不辱不低头、保护柔弱不自负的正气，正因为心中有爱，才敢向不平挥剑，才肯如老牛俯首，行侠仗义呼啸而过，即使伤痕犹在也刚毅且无泪。大气，

20、小而言之就是一个人的精神气，大而言之就是一个人的英雄气。而一个人为人之气是否乃大，其实正面的区别就是一个“爱”字，反面的区分就是一个“私”字。爱的真，爱的诚，爱的厚，爱的多的人一定大气。先公后私是低层次的大气，再高些便是大公小私，而大公无私则是最高境界的大气。从世俗的角度看，做人大气些，便少些烦恼，多些达观，与人方便，自己方便。从人生追求的境界上看，做人大气些，自己走过的路可坚实成立起的丰碑，自己耗费的心血可扎根成人们的敬意。大气的人，顶天立地。大气人生，璀璨永恒。生机生机，不仅仅是个春天的话题。鲜嫩的浅绿，固然于萌芽透出生机，而茂盛的茁壮，则是于生长挺出生机；金色的丰硕，是于收获显出生机，冰天雪地里的昂着，不也是于抗争扬出生机？生机，也不仅仅是个青春的话题。势血沸腾固然是青年