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光电检测及验证系统的无线传输技术研究

丁俊豪  
【摘要】:伴随着部队信息化进程的深入,通讯卫星的重要性日益凸显。在现代化战争中,保护通讯卫星不受攻击,维持战场通讯的畅通成为决定战争胜负的关键因素之一,因此对卫星反导系统进行深入的研究有利于促进国防事业的发展。然而导弹与卫星的攻防对抗实验耗资巨大,且受国际政治因素限制,因此在地面搭建光电检测及验证系统既可以起到为实际导弹与卫星攻防对抗实验作指导的作用,同时又减少了实际实验各方面的影响及经费开支。本文针对光电检测及验证系统设计了无线传输模块,在工控机与上位机之间实现了图像的实时传输以及大容量文件的传输。此外本文所设计的无线传输模块由于成本低、功耗小,因此其在无线传感器网络领域拥有很好的应用前景。为了进一步延长无线传感器网络的工作时间,本文提出了一种改进的LEACH分簇路由协议以平衡网络能耗。无线传输模块的硬件设计由Nordic公司的nRF24L01+无线收发芯片和C8051F320微控制器共同组成。软件设计包括频率捷变协议设计、通信协议设计、文件传输协议设计。频率捷变协议使收发数据双方在所处通信信道受干扰时,同时进行跳频,变换通信信道,显著提高了通讯模块的抗干扰能力;通信协议使收发双方在信道良好的情况下,连续发送数据包且不需要应答信号,在信道受干扰的情况下采用SW-ARQ和动态换频方式进行通信,提高数据吞吐率,减少数据平均传输时间,提高数据传输速度;文件传输协议定义了数据包类型,包括begin数据包,信息数据包,end数据包。begin数据包后的负载信息为该文件的大小,信息数据包的负载信息为文件数据,end数据包表明该文件已经传输完成。文件传输协议将一个大文件数据划分成若干个数据包,从一个终端快速,准确地传输至另一个终端。针对传统LEACH协议中随机选取簇头造成网络内各节点能耗不均,网络总体能量消耗过快的问题,改进的LEACH分簇路由协议依据传感器节点的剩余能量和传感器节点到汇聚节点的距离选择簇头节点,确保具有更多剩余能量并且距离汇聚节点更近的传感器节点可以优先当选为簇头。理论分析和仿真结果表明,相比于传统LEACH协议,改进的LEACH协议不仅降低了无线传感器网络的总体能耗,而且使网络能耗更加均衡,将网络生命周期延长了近60%,这对于保障网络的可靠性有重要意义。


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