CN103813478A - 单兵侦察数据通信保障系统 - Google Patents

Abstract

一种单兵侦察数据通信保障系统，包括：包括若干节点的无线自组网、网关、传输网络、信息采集终端、服务器远程终端，其中在每个节点上包括有单兵携带的信息终端，其上包括有摄像头，所述摄像头依次包括：焦距为f1第一透镜，焦距为f2的第二透镜，焦距为f3的第三透镜，用于承接图像的图像传感器芯片，f1为3.39mm到7.28mm，f2为-9.25mm到-15.38mm，f3为1.36mm到2.75mm，上述数值范围均包括两个端点。

Description

单兵侦察数据通信保障系统

技术领域

本发明涉及数据通信技术领域，具体涉及一种单兵侦察数据通信保障系统。

背景技术

在火灾、地震、战场、交通指挥等场合，指挥系统往往需要了解、获取现场的视频数据信息，然后依据该信息做出相应的指挥决策。现有技术中类似的通信系统有很多，例如：

专利文献CN1866755A公开了一种无线智能头盔通信系统涉及通信信息行业的技术领域，提供一种利用头盔进行无线多功能通信的系统，它要实现无线数字传输，进行远程监控、图像处理、远程自由组建网络、无线侦察、无线测量功能的实现；是把一个大型的系统浓缩到微型的模块装配于头盔内；它应用于军事通信、武警部队、警察、消防部队及自然灾害应急使用；基本结构形式是由接触式送话器ＨＴ、头盔带、耳机ＥＪ、还原器ＨＳＱ、头盔天线ＴＸ1、头盔屏蔽内衬、无线收发Ａ＋转换器Ｂ模块、通信终端Ｃ＋耳机和还原转换电路Ｋ模块、锂电池Ｉ＋电源管理器Ｌ模块、Ｉ／Ｏ转换Ｄ＋ＲＴＵ终端Ｅ＋图像处理和开关接口Ｆ模块、ＧＰＳ＋ＰＣＣ模块Ｇ、帽子天线ＴＸ2、头盔外壳、连接器、显示和控制面Ｈ、固定摄像机、固定照相机组成。

专利文献CN101290704A公开了一种家庭安全保卫和紧急报警的智能化自动控制系统。它以家庭安保智能控制器为核心，连接其他家庭智能安防设备，构建家庭安全保卫和紧急报警的智能化自动控制系统，该系统包括家庭安保智能控制器，其输入端与外出布撤防开关、有线型安防探测器、有线型防灾探测器、睡眠布撤防开关以及便携式无线紧急报警器连接，输出端则与智能型网络视频监控器和遥控执行设备连接，同时家庭安保智能控制器还与单元／户外对讲设备以及对讲型紧急报警器双向通信，实现了全面“仿真”形式的吓阻入侵的效果，满足了现代家庭对安全保卫产品在远程报警、语音对讲、视频监控、操作方便、人性化运行的综合要求。

但是在现有技术中这些系统中通常在通信终端均设置有视频、图像数据采集的摄像头，但是现有技术中的摄像头做到小型化往往存在着一些困难，同时要兼顾成像质量和体积小型化难度更大；另外现有技术中的相应的通信保障系统，信息传输网络也不够合理，数据传输稳定性差等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于：解决现有技术中的不足与缺陷，提供一种新型的单兵侦察数据通信保障系统，该系统结构合理，可靠性高，信息终端能够与通信保障系统通过无线的方式进行通信，所述信息终端能够被侦察人员方便地携带，并且能够给指挥系统传回清晰的现场图像。

具体技术方案如下：

一种单兵侦察数据通信保障系统，包括：包括若干节点的无线自组网、网关、传输网络、信息采集终端、服务器远程终端，其中在每个节点上包括有单兵携带的信息终端，其上包括有摄像头，所述摄像头依次包括：焦距为f1第一透镜，焦距为f2的第二透镜，焦距为f3的第三透镜，用于承接图像的图像传感器芯片，f1为3.39mm到7.28mm，f2为-9.25mm到-15.38mm，f3为1.36mm到2.75mm，上述数值范围均包括两个端点。

所述节点是通过无线的方式与网关进行通信。

所述信息终端通过太阳能或锂电池供电。

有益效果：本发明采用了无线组网的方式相比于现有技术，可以方便地将摄像头设置在任何需要设置的位置，同时，本发明人还就摄像头进行了深入研究，提出了一种结构合理，成像较为清晰，结构紧凑的摄像头，大大方便了携带和布设，大大降低了生产制造成本。

附图说明

图1是本发明的网络视频监控系统结构图；

图2本发明的摄像头的结构示意图。

图3是图2所述的摄像头的剖视图。

图4是本发明视频监控系统的节点分族示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

如图1所示，本发明所述单兵侦察数据通信保障系统，设置有若干无线自组网100来对应监控不同的环境区域；每个无线自组网100通过网关200定期发送数据至信息采集终端300，由信息采集终端300汇总并上传本区域的监测数据至服务器400存储；用户可通过远程终端500访问服务器400，查询所有区域的实时或历史环境数据。

配合参见图1，每个无线自组网100包含的若干节点110，是整个单兵侦察数据通信保障系统最基础的环节。以下介绍所述无线自组网100的节点110硬件：

每个节点110设置有用于环境参数采集的信息终端，其具有摄像头，以及无线通信模块，其通过数字式、模数转换式、开关量式等各种接口与所述摄像头连接。

所述无线通信模块是通用化设计，仅需要更换传感器不同的所述摄像头。

所述无线通信模块30设置有射频传输模块及功率放大模块，既能将本节点110中摄像头采集的环境数据直接发送给网关200，还能作为路由器，中继其他节点110的传输数据，以此构成含该若干节点110的所述无线自组网100结构。

优选TI公司的CC2430型片上系统射频传输芯片及CC2591型功率放大芯片来实现，使无线通信模块30工作在2.4GHz的通信频率下，保证通讯的质量和安全。在空旷区域，点对点的有效传输距离可以达到800米。

为了更适用于野外布置，还配备含3w~5w太阳能电池和2000mAh锂电池的电源模块，与所述摄像头和无线通信模块分别连接并供电。

以下介绍所述无线自组网100的节点110软件：

与上述节点110的硬件相匹配，开发了基于TinyOS操作系统的节点110底层软件中，适应环境监控需求的应用程序及路由协议，对节点110的数据采集、通讯路由和能源分配进行管理，控制采集的数据在节点110之间、节点110与网关200之间的传输。

基于TinyOS系统的组件化架构，本发明将每个节点110的传感器等硬件资源，分别映射成一个或多个易于操作的硬件抽象组件；其作为系统最底层的组件，直接对硬件资源进行操作，但向上层组件屏蔽了具体硬件，仅提供相应的接口方便上层组件调用，因而，使整个系统具有良好的可移植性。

多个功能相对应的下层组件可连接形成上一层更大的组件。上层组件与下层组件之间设置双向的接口，上层组件以命令（command）形式调用下层组件，而下层组件通过事件（event）形式向上层组件进行反馈。

最上层的组件是用户编写的高层软件组件，其通过配置文件连接并调用组件库中多个下层组件，实现整个节点110中如路由建立、数据传输等各种应用程序的功能。

所述高层软件组件与所述硬件抽象组件之间还连接有合成硬件组件，其作为接口转换或用于不同数据格式的转换，实现高于硬件抽象组件的功能，例如，在所述无线通信模块中设置有用于“位”与“字节”转换的合成硬件组件，其将数据以字节为单位与上层组件交互，以位为单位与下层组件进行交互。

由于环境监控的节点110众多、覆盖范围广，而每个节点110的能量有限，其能量消耗又与频率和传送距离都是正相关的。因此，如何合理地使用无线自组网100中各个节点110的有限能量，使得整个网络保持连通性的时间更长，成为衡量该网络中路由性能的一个重要指标。而若某些节点110因为能量耗尽而停止工作时，所述无线自组网100的拓扑结构会发生改变，节点110的路由设置需要能够适应这种动态变化。

针对上述环境监控的特点与通信需求，所述无线自组网100的网络层，需要能根据每个节点110获得的局部信息，来决策并优化全局行为，而进行路由生成与路由选择。另外，由于节点110间存在冗余信息，路由协议的设计通常需要兼顾数据融合功能，在传输路径的中间节点110上，对转发的数据进行数据融合，减少传送的信息量，从而节约能耗。

如图4所示，以下介绍本发明中，基于层次化设计的两种路由机制。

其中，基于分簇的层次性路由，设置有周期性的簇建立阶段和稳定的数据传输阶段，稳定的数据传输阶段要远大于分簇建立阶段以减小分簇带来的能量开销。

在分簇建立阶段，相邻的若干节点110之间动态地自动形成簇120，其中每个节点110等概率地随机称为簇首121。在数据传输阶段，簇120内其他节点110把数据发送给簇首121，由簇首121进行数据融合并把结果发送给汇聚点，所述汇聚点可以是网关200或其他簇120中用于中继的节点110。

由于簇首121需要完成数据融合、与汇聚点通信等工作，簇首121的能量消耗非常高，各节点110需要等概率地担任簇首121，使网络中所有节点110能够比较均衡地消耗能量，有利于延长整个网络的生存期。可见，分层利于网络的扩展性，数据融合能够减少通信量。

为了及时应对突发事件，在簇首121选取后，簇首121把绝对阈值和相对阈值两个参数广播给簇120内其他节点110。每个节点110持续地采集环境数据，当采集的数据第一次大于绝对阈值时，节点110将其记录下来，同时发送给簇首121；在以后的时间内，该节点110只有在其采集的数据大于绝对阈值，而且与前一次记录结果之差大于相对阈值时，才对数据进行记录并发送给簇首121。因此，对于突发事件能够及时响应；对于持续发生的突发事件，相邻两次数据之差不大于阈值时，无需不断地发送数据，减少了通信流量。

以下进一步介绍本发明所述单兵侦察数据通信保障系统中的其他部分：

如图1所示，每个所述无线自组网100将其下所属各节点110采集的环境数据通过网关200，以串口、USB口等传统通讯方式，与所述信息采集终端300连接。

所述信息采集终端300，包含基于.NET、Windows的计算机301（PC），或基于PXA270、WINCE的移动设备302，通过对应设置采集程序，对所述环境数据进行临时存储和查询，并在用户指定操作或规定时长下，以有线或无线方式上传至服务器400。

采用因特网B/S架构的所述服务器400，通过设置基于Web Services技术的输入模块401，将所述信息采集终端300发送的数据存入数据库402（SQLServer）中，并对外提供WEB服务器功能。

远程终端500包含与因特网连通的计算机终端501（PC），或通过GPRS等方式上网的手机、PDA等移动终端502；用户通过该远程终端500上设置的WEB浏览器，对服务器400上的数据进行访问。所述服务器400中对应设置有处理计算机终端501（PC）及移动终端502请求的服务程序403。

所述计算机终端501（PC）上采用AJAX、FLASH技术实现富客户端，如对应不同监测区域查询其中特定节点110实时采集的环境监测数据，或是对历史监测数据进行统计管理等。在所述移动终端502上应用J2ME，从而可在大部分移动终端502设备上操作，获取与计算机终端501类似的信息。

综上所述，本发明所述单兵侦察数据通信保障系统中，每个节点110的摄像头分别监测不同的环境数据；由节点110的底层软件进行通讯、路由和能源分配的管理，控制通用设计的无线通信模块30，将本节点110采集的环境数据发送至中继的节点110或网关200，构成所述无线自组网100的结构。

每个无线自组网100通过网关200定期发送数据至信息采集终端300，由信息采集终端300汇总并上传本区域的监测数据至服务器400存储。用户可通过远程联网的计算机终端501或移动终端502等访问服务器400，查询所有监测区域的实时及历史环境数据，方便进行统计分析等后续数据处理工作。

因此，本发明将无线自组网技术与互联网技术相结合，实现了对环境分区域的采集、汇总、存储、筛选和分析直至终端显示和处理的完整监控，以此可获得精确的区域环境参数，为环境保护和环境治理提供科学的依据。

所述摄像头，具有如下结构特征：

参照图3，根据示例性实施例的摄像头被构造成包括：透镜单元20，包括至少一个透镜；图像传感器单元30，接收从透镜单元入射的光；自动聚焦单元40，控制透镜单元的聚焦；壳体10，容纳透镜单元20、图像传感器单元30和自动聚焦单元40。

参照图2，透镜单元20被构造成包括从物方到像方顺序地形成的第一透镜21、第二透镜22和第三透镜23。第一透镜21、第二透镜22和第三透镜23沿着光轴顺序地堆叠。本发明的示例性实施例描述透镜单元20包括三个透镜；然而，本发明不限于此。因此，透镜单元20可包括三个或更少的透镜、或者三个或更多的透镜。

本发明的示例性实施例描述透镜单元20具有多个透镜堆叠在其中的结构；然而，本发明不限于此。因此，透镜单元20可具有这样的结构，在该结构中，多个透镜在被插入到透镜筒的同时被装配，且透镜单元20的结构可根据设计条件进行各种改变。

通过将透明材料的表面形成为球面或者非球面来制造的透镜用于通过收集或者发射从物体入射的光来聚焦光学图像。作为透镜的种类，存在塑料透镜和玻璃透镜。通过将树脂放入模具中并对树脂执行增压和硬化工艺然后使其个性化，来以晶片规模制造塑料透镜。其结果是，可以以低成本大规模生产塑料透镜。玻璃透镜在实现高分辨率方面是有利的，但是由于切割和磨光玻璃的必要性，需要复杂的制造工艺和昂贵的制造成本。此外，难以提供具有不同于球面透镜或者平坦透镜的形状的透镜。

本发明的示例性实施例使用以晶片规模制造的塑料透镜。第一透镜21、第二透镜22和第三透镜23具有形成为位于其中央的球面或非球面的透镜功能部分(仅仅示出了21a)，并且设置有形成透镜功能部分21a的外围的边缘部分(仅仅示出21b)。

透镜功能部分21a可具有被形成为各种形状，例如，朝向物方突出或凹入的弯月形状、被形成为朝着像方突出或凹入的弯月形状、被形成为在其中央部分朝着像方凹入然后在边缘部分附近朝着像方突出的弯月形状等。另外，边缘部分21b可用作间隔体，所述间隔体在相邻的透镜堆叠时将透镜功能部分从那里隔开。

在本发明的示例性实施例中，第一透镜21、第二透镜22和第三透镜23被形成为四边形并设置有用于形成位于各个透镜的边缘的过孔24的第一通孔24。即，可通过沿厚度方向对透镜单元20的边缘部分21b打孔来形成第一通孔24，可通过利用导电浆料填充第一通孔24来形成过孔50。

第一透镜21的焦距为f1，第二透镜22的焦距为f2，第三透镜的焦距为f3，f1优选为3.39mm到7.28mm，f2优选为-9.25mm到-15.38mm，f3优选为1.36mm到2.75mm。在上述数值范围内时，镜头模组在光轴上的尺寸较小，有利于结构的紧凑化，成像质量较高。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述使用方法的限制，上述使用方法和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (3)

1.一种单兵侦察数据通信保障系统，包括：包括若干节点的无线自组网、网关、传输网络、信息采集终端、服务器远程终端，其中在每个节点上包括有单兵携带的信息终端，其上包括有摄像头，所述摄像头依次包括：焦距为f1第一透镜，焦距为f2的第二透镜，焦距为f3的第三透镜，用于承接图像的图像传感器芯片，f1为3.39mm到7.28mm，f2为-9.25mm到-15.38mm，f3为1.36mm到2.75mm，上述数值范围均包括两个端点。

2.如权利要求1所述的数据通信保障系统，所述节点是通过无线的方式与网关进行通信。

3.如权利要求1所述的数据通信保障系统，所述信息终端通过太阳能或锂电池供电。

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