一种超高频射频识别技术在无人机飞行轨迹反馈中的应用研究*

2021-06-29司飙

数字技术与应用 2021年5期

关键词：高空作业乳腺炎子系统

司飙

(滇西科技师范学院智能与信息工程学院,云南临沧 677000)

1 需求分析

1.1 系统需求

本系统的主要功能是在无人机高空作业时,架设多个轨迹反馈采样点,无人机通过轨迹点的同时能实时记录飞行轨迹和用时,并反馈给控制中心,使飞手实时接收无人机飞行轨迹,达到精准化计时、透明化跟踪、智能化高空作业的目的。

1.2 工作人员需求

在飞手进行高空作业控制时,能实时获取到无人机的飞行轨迹和准确的到达轨迹采集点时间,从而进行优化飞行作业。

2 系统总体功能架构

本系统有三个模块组成:轨迹采集子系统、控制中心、Web服务平台。

3 详细设计

系统设计逻辑图,如图1所示。

图1 系统逻辑图Fig.1 System logic diagram

3.1 轨迹采集子系统设计

轨迹采集子系统业务流程,见图2。

3.2 控制中心设计

3.2.1 控制中心功能

控制中心的主要架构有两个,一是采用TCP服务器技术与轨迹采集子系统连接,二是采用HTTP协议与云端web服务器连接。主要功能如下:(1)实时监听和控制轨迹采集子系统(包括向轨迹采集子系统发送启动计时命令、实时接收轨迹点回传数据、向数据中心服务器上传飞行数据等);(2)信息的统计,无人机高空作业轨迹和用时以轨迹地图和界面形式显示。向数据中心服务器上传回传的飞行数据。

3.2.2 控制中心业务流程(见图3)

3.3 关键算法

3.3.1 ISO18000-6协议格式分析

目前奶牛养殖产业不断向前发展，奶牛乳腺炎的发病率呈现升高趋势，由于该种疾病诊断难度较大，当奶牛出现泌乳量下降后，很多养殖户并没有引起重视，最终造成严重经济损失。导致奶牛出现隐性乳腺炎的主要原因是乳房受到物理、化学、微生物等刺激出现的一系列炎症变化。奶牛出现以上乳腺炎后，乳汁中T细胞数量会显著升高，特别是白细胞增多，乳腺组织出现病理学变化。在日常养殖中由于挤奶方式不科学，存在粗暴对待现象，挤奶机负压过大，负压不稳定等，导致奶牛隐性乳腺癌的发病率呈现升高趋势。人工挤奶时由于操作者技术不熟练，乳汁挤不彻底，挤乳方式不合理均衡等，易诱发隐性乳腺炎的发生。

ISO18000-6 协议适用于860MHz-960MHz 频段的工业,基于“一问一答”实现读写器到射频卡端的通信。

3.3.2 RSSi接收的信号强度

RSSi是依据接收信号能量强度,用来测定信号点与接收点的距离,进而根据相应数据进行定位计算的一种定位技术。上面的例子中RSSI为210,单位是dBm(分贝毫瓦,为一个指代功率的绝对值)。

4 安装及使用

4.1 系统需求

运行需求:win7及以上操作系统,.NETFramework4。

4.2 搭建web服务器

本系统的web服务使用华为云平台来实现。服务器框架采用的ApacheXXX 服务器,数据库采用mySql。

华为云安装了一个CentOS,在CentOS使用SSH连接工具连接Centos安装服务器运维管理面板【宝塔】。安装脚本yum install -y wget &&wget -O install.sh http://download.bt.cn/install/install_6.0.sh &&sh install.sh ed099927在运维管理面板【宝塔】中添加站点,绑定在【西部数码】解析的域名,可提供服务的端口有:[80][888][39000-40000][20][22][21][8989]。

4.3 配置数据采集端

(1)安装 USB 串口驱动;(2)安装超高频天线。

4.4 配置监测控制端

绑定主机ID和端口号,启动监听。

4.5 系统使用操作

数据采集端，如图4 所示。

5 结论

该系统是使用C#语言开发,利用射频识别技术、串口操作的相关知识设计出的基于RFID的无人机飞行轨迹反馈系统,本系统赋予无人机“开口说话”的能力,实时反馈飞行轨迹。主要工作流程是管理员进入控制中心,向轨迹采集端下发命令,获取无人机信息,并上传到服务器共享,操作人员可随时掌握无人机的准确位置及其周边环境,并且有效起到了监督和辅助GPS定位的作用,大大提升了工作效率。

与传统无人机飞行系统相比,本系统优点在于可靠性强,能实时的采集和反馈;系统的实施不依赖于无人机本体,独立性强;RFID标签质量轻,便于粘贴到机身表面而不给无人机增加负担;系统部署实施灵活等。

6 应用前景

现在无人机的应用越来越广泛,但是许多问题也相继浮现出来。高空作业的环境通常都很恶劣且地形比较复杂,还会存在一些不可控的干扰因素如风速、温度等影响无人机作业,其中最为严重的就是GPS信号受磁场干扰,影响GPS精确定位;以及到了一定的距离,无人机接受信号的能力就会变弱,导致无人机没有按时达到预定地点或者图传失效,甚至会失控或者炸机,从而造成不可挽回的损失。而我们的RFID系统则起监督和辅助的作用,确保无人机在受到其他磁场干扰时仍然能够做到精确定位。

6.1 信号干扰

对无人机的控制多使用无线电通信技术,通过向目标无人机发射大功率干扰信号,对控制信号进行压制,就可以迫使无人机自行降落或返航。

6.2 GPS欺骗

GPS 欺骗的主要原理就是向无人机的控制系统发送虚假的地理位置坐标,从而控制导航系统,诱导无人机飞向错误的地点。GPS信号可以由发生器来产生,也可以是事先录制然后重放。由于无人机接收GPS信号总是以信号最强的信号源为准,因此在地面人造的GPS信号只要强度足够大,就可以覆盖真正的从太空中传来的GPS信号,从而欺骗无人机的GPS 接收模块。

6.3 信号接收机自身存在问题

接收系统指发射机发射的信号经过接收天线,滤波,放大,混频成中频信号,然后进入调制解调器解读出来。这个系统里除了滤波器是个频率选择性器件,其他的都张开怀抱迎接八方来宾,最少迎接附近的来宾,或者倍频处的来宾,而且是不受限制的进来。滤波器作为一个频率选择性器件,对附近的电磁波进行过滤,但由于滤波器自身的特性,也不能把频带外的电磁波完完全全的消除掉,所以还是有部分很弱的干扰信号进来的。

另外,接收机不能达到理想状态,对接收频带外的信号也会发生响应。

6.4 无线电劫持

现在,无人机使用的控制信号大多在1.2GHz、2.4GHz、5.8GHz等常规民用频段,随着Arduino和树莓派等开源硬件的快速发展和软件无线电(SDR)技术的流行,普通爱好者也可以利用从网络买到的硬件和从论坛获得的软件源码模拟遥控器向无人机发送控制信号,并覆盖真正遥控器的信号,从而获得无人机的控制权。