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关键词： 量子卫星   China   量子密钥   量子计算机   QKD   密码技术  

摘要： 2017年的一个晚上,当中国卫星墨子号(Mozi),又称Micius,在地球上空盘旋时,它将激光器瞄准了中国东北部的一个地面站(图1)。然后,当它前往欧洲并进入射程时,它将激光射束指向了奥地利的另一个接收器。这些发送到距离中国7600 km远的地方的传输信号是值得注意的,因为它们标志着一颗卫星第一次传递了用于解密和查看信息的秘密量子密钥。借助这些密钥,中

关键词： 人脸识别   人脸检测   卷积神经网络   嵌入式系统  

摘要： 随着计算能力和数据量的增加,深度学习的二次崛起给计算机视觉领域带来了巨大的发展,通过训练深度神经网络,人工智能系统突破了传统方法在准确度上的瓶颈,在某些领域超过了人类的表现。随着准确度的不断提升,人脸检测和人脸识别技术已逐渐走向商业化,进入人们生活。针对人脸检测与识别算法,尤其是人脸识别算法在嵌入式系统部署中计算复杂度成为热点问题,本文从系统设计、算法设计和硬件平台设计与实现三方面进行了研究,设计并实现了一种可以实时运行的嵌入式人脸检测与识别系统。本文首先在嵌入式人脸检测和人脸识别技术的基本理论上分析了人脸检测与人脸识别的基本方法,选择人脸检测和人脸识别级联的识别方法而非对输入图像直接分类识别人脸的方案;在算法方面,提出了改进的MTCNN作为前置人脸检测算法模块;针对人脸识别算法复杂度问题,设计并训练了 SELCNN轻量级人脸识别模型,在LFW数据集上取得了98.12%的正确率;在算法研究的基础上,本文设计并实现了一套人脸检测与识别系统,针对1:N人脸识别的规模问题和数据问题提出了解决方法;最后本文设计并实现了基于Nvidia Jetson TX2和Raspberry3 B+ncnn+Intel Movidius NCS两套不同的嵌入式硬件平台,对本文的嵌入式人脸检测与识别系统进行了实现和测试,测试表明系统可以在嵌入式平台实时运行。今后进一步的研究工作可以在本文的研究基础上进行,在人脸识别算法上通过引入更大的训练数据集,使用知识蒸馏和图像生成技术在进一步压缩人脸识别网络模型的前提下保证人脸识别的准确率;在嵌入式硬件加速平台开发上引入计算能力更强的加速模块,设计资源利用更紧凑的加速方法,达到进一步提升嵌入式人脸检测与识别系统性能的目的。

关键词： 目标检测   深度学习   嵌入式系统   实时性   Jeston TX1  

摘要： 目标检测作为装甲车辆环视态势感知系统的关键技术,可有效提高装甲车辆内乘员的观测能力和其应对潜在威胁的能力。基于深度学习的目标检测算法在配备高性能显卡的服务器上可以达到实时性、准确性的要求,然而面对装甲车的战场应用环境,配备高性能显卡服务器和使用网络远程连接服务器的解决方案均不具备现实可行性。因此,本文研究基于嵌入式平台的深度学习实时目标检测,解决基于深度卷积神经网络的目标检测算法在嵌入式平台无法满足实时性要求的问题,提出了一种轻量级的卷积神经网络MTYOLO,并将其移植到Jeston TX1嵌入式平台,实现了基于嵌入式平台的深度学习实时目标检测,具有积极的现实意义。首先,本文研究了基于深度学习的目标检测算法,对基于分类的目标检测算法和基于回归的目标检测算法进行了研究,旨在找到相对适合嵌入式平台的目标检测算法。实验结果证明,基于回归的目标检测算法更适合本文的应用场景,因此选择该类算法作为本文的基础方法。其次,本文研究了面向嵌入式平台的高效卷积神经网络,从减少模型体积和模型所需计算量两个角度出发,研究一种有效的网络模型压缩与加速的方法。实验结果证明,MobileNet将SSD模型压缩为原模型体积的1/5的同时,检测速度提升了 43%。因此,深度可分离卷积对模型压缩与加速有着更优秀的效果,更加适合本课题的应用场景。再次,在Tiny Yolov2的基础上,本文设计了一种计算能力需求小、目标检测效果稳定的轻量级卷积神经网络MTYOLO。通过引入深度可分离卷积、瓶颈层、多层特征融合以及特征金字塔的方法,改善了目标检测的效果。通过在多种数据集上训练并测试,验证了 MTYOLO目标检测算法的可行性。实验结果表明,在KITTI数据集上,MTYOLO目标检测精度可达到60.2mAP,检测速度可达到153FPS(Frame Per Second)。最后,本文针对Jeston TX1设计了车载智能硬件终端,给出了硬件的系统架构以及终端的实现方案。将MTYOLO目标检测算法移植到该平台上,并使用模型压缩方法对模型进一步优化。通过整体系统功耗实验和检测性能评估,验证了车载智能硬件终端的可靠性、稳定性以及MTYOLO目标检测算法的可行性。

关键词： 小型无人机   RTK   导航系统   嵌入式系统   捷联惯导   组合导航   Simulink仿真  

摘要： 随着技术的进步,无人机在军事和民用领域得到了广泛应用。小型无人机以其成本低、安全性高等优势成为无人机领域研究的重点。小型无人机能够自主精准地完成任务,很大程度上取决于其导航系统的性能,高精度导航技术成为制约小型无人机性能提高的关键技术。结合小型无人机对导航系统体积小、重量轻、功耗低和运算速度快等要求,本文开展了小型无人机高精度导航相关技术研究。本文首先在综合分析小型无人机对高精度导航系统需求的基础上,针对低成本单频、低频GPS接收机,研究了RTK技术及其相关算法。考虑到RTK输出存在延迟,本文使用载波相位导出的多普勒观测来进行测速,建立了速度补偿方案。最后使用低成本GPS接收机验证了该算法的有效性。其次根据小型无人机体积小、载重小的特点,导航系统也应遵循轻量级,低功耗的原则,同时考虑到导航系统作为飞控系统的一部分,可使用同一计算芯片。本文基于STM32F7芯片和PX4开源飞控系统设计了高精度导航系统的结构方案,为其它系统的接入提供了接口。据此方案,完成了导航系统的硬件开发,编写了RTK软件。最后对整个系统进行测试,证明了该系统可良好工作。最后研究了基于MEMS微电子传感器的无人机高精度捷联惯导算法,并以捷联惯导为基础,以前文研究的低成本RTK为辅助,设计了INS/RTK组合导航方案。针对RTK失效的情况,设计了空速计、气压计辅助方案。经过仿真证明该组合方案能够得到动态高精度导航信息。

关键词： 高级驾驶辅助系统   驾驶员状态监测   嵌入式系统   近红外  

摘要： 近年来,随着我国经济的快速发展,汽车保有量也迅速增加。然而,由此引发的交通事故越来越多,目前的交通安全形势十分严峻,世界各国都在研究如何提高交通安全性。高级驾驶辅助系统是安全交通的一个重要研究方向,对其可以从车辆控制和驾驶员状态监测两个方面来进行研究。过去的研究大多从车辆控制的角度出发,通过传感器获取车辆周边环境信息,进行分析后给驾驶员提示或对车辆直接进行一些控制。但是根据相关统计资料,造成交通事故最大的原因是驾驶员自身未按照交通法规操作汽车。因此,如何对驾驶员进行状态监测就成了高级驾驶辅助领域的研究热点。本文设计了一个嵌入式的驾驶员状态监测系统,旨在发现驾驶员有可能造成交通事故的危险行为动作,并及时发出警报,从源头上减少交通事故发生概率。本文设计了一个基于嵌入式的驾驶员状态监测系统,可以实现如下五种异常行为的检测:闭眼、打哈欠、低头、左顾右盼和抽烟。该系统利用近红外摄像头采集实时图像,通过异常行为检测来判断当前是否出现异常情况,若检测到异常情况便进行LED和音频报警。考虑到系统采用的嵌入式平台性能,我们采用了基于梯度提高学习的回归树方法来进行人脸特征点检测,并根据异常情况设计了如下检测方案:针对闭眼和打哈欠的面部动作检测方法、针对低头和左顾右盼的人脸朝向检测方法以及针对抽烟的烟头检测方法。为了提高此嵌入式系统的运行速度,我们针对人脸特征点检测进行了两点改进:一是使用计算量较小的特征进行人脸检测;二是改进了初始特征点定位方法。此外还通过代码优化进一步提高了系统运行速度。而由于该系统使用近红外图像进行检测,为了使系统更符合实际应用环境,提高检测准确率,本文另建立了一个近红外人脸样本库。实验结果表明:在规定条件下,系统的人脸特征点检测准确率达到了95%,针对所有异常情况的检测准确率也都超过了92%,并且具有良好的实时性能,所有指标均达到了合作方提出的要求。

关键词： 嵌入式系统   人工智能  

摘要： 2018年11月24日,嵌入式系统联谊会10周年纪念暨嵌入式系统联谊会第24次会议在北航顺利召开。全国各地从事嵌入式系统教育和开发设计的朋友们汇聚一堂,共同回顾了过去10年里嵌入式系统联谊会的发展历程,以及为推动嵌入式技术发展所做的点点滴滴,同时,一起展望了嵌入式技术未来的发展趋势,帮助已经;进入和即将进入嵌入式领域的工程师朋友们做好职业规划,用嵌入式系统独有的视角诠释大科技!此次会议囊括了丰富的热点话题。上午是以"物联网

关键词： 嵌入式操作系统   嵌入式系统   物联网时代  

摘要： 为了应对日益复杂的外部环境与国际局势变化,国产智能操作系统的健康发展在当下显得尤为重要,对嵌入式操作系统的发展状态以及规律需要做出更加科学的研判。为此,2019年8月底,北航计算机学院、北航杭州创新研究院、中国电子技术标准化研究院物联网研究中心和嵌入式系统联谊会,在风景如画的杭州举办了"国产嵌入式操

关键词： 嵌入式系统   异构平台   高速数据传输   PCIe总线   实时操作系统  

摘要： 随着信息处理技术的发展,嵌入式电子信息系统对嵌入式平台的计算能力需求越来越高,异构计算逐渐被应用到嵌入式平台上。异构计算平台可以将不同类型的任务分配到不同类型的处理核上进行处理,从而为不同的应用需求提供更加灵活高效的处理机制。平台内部各子系统间的数据传输带宽和命令处理的实时性是保证系统性能的关键因素。本文基于嵌入式“x86 CPU+PowerPC+FPGA”异构平台,设计了一套基于实时操作系统的设备驱动与数据传输软件,实现了异构平台内部各子系统间的协同工作与高速数据传输。本文首先介绍了该嵌入式异构系统的硬件平台架构,包括各个硬件模块的结构与功能,以及模块间的PCIe总线连接等,在此基础上提出了设备驱动与数据传输软件的总体设计方案。该方案包括驱动层、数据传输层和应用层三个部分。在驱动层,设计并实现了嵌入式设备的初始化程序、中断响应与命令状态管理服务程序以及与PCIe RC端设备的通信协议;在数据传输层,设计并实现了基于“生产者-消费者”模式和FIFO队列的上行和下行数据传输模块;在应用层,设计并实现了对PCIe RC端设备各种命令的实时响应,以及本机任务和资源的合理调度。最后对整个系统进行测试与验证,经过长时间的大量测试,结果显示各个功能模块可持续、稳定、高效地工作。数据传输方面,上行和下行数据传输速度均达到1.63GB/s,系统在高度并行处理条件下可稳定运行,各项测试结果均达到了预期目标。

关键词： 数字电视   流媒体技术   RTMP协议   嵌入式系统   多媒体传输  

摘要： 随着通信技术的日益发展,特别是多媒体传输技术的成熟,人们获取音视频信息的方式日益多元化。其中流媒体传输就是备受关注的一项技术,比起传统的下载文件方式,流媒体技术减少了等待时间,节约了存储空间。现阶段的流媒体系统一般都是部署在PC端的服务器和客户端上,而相比之下,嵌入式设备具有灵活性高,可靠性强等优点。本文创新性地将RTMP协议和流媒体技术应用到了嵌入式数字电视前端设备中,该系统的硬件平台基于ARM9嵌入式处理器,通过RTMP协议实现了音视频数据的实时传输,用户可以通过服务器转发的方式获取到多媒体信息,也可以直接通过点对点的方式进行数据传输。经过测试,本系统相较传统流媒体系统具有应用场景广、功耗低、传输可靠等优点。本课题研究的嵌入式流媒体传输系统分为三部分:发送端、流媒体服务器和接收端,其中发送端和接收端采用了嵌入式数字电视前端设备,传输协议采用的是RTMP协议。传输的方式主要有两种,第一种是发送端负责处理音视频数据并推送到互联网中,流媒体服务器从网络中拉流并转发,接收端接收服务器转发出来的数据并进行下一步处理。第二种传输方式是点对点方式,发送端和接收端直接进行基于RTMP协议的传输,不经过流媒体服务器转发。本课题在设计和技术实现上主要有下列两个创新点:第一,将RTMP协议应用到嵌入式设备领域,并实现了不依赖于流媒体服务器的点对点传输方式,扩展了RTMP协议的应用场景。第二,实现了利用RTMP协议传输TS流文件,使得RTMP协议可以应用于数字电视传输领域。本文的主要工作有以下几项:1.系统环境搭建,主要包括收发两端的软硬件平台搭建,流媒体服务器的搭建。***协议的程序实现,利用C语言实现RTMP协议的初始化,协议握手,数据传输等。3.程序移植到嵌入式平台,主要包括程序的交叉编译和移植到嵌入式设备。4.网络管理系统的实现,主要包括RTMP参数调整界面的设计实现和在现有网管系统中加入RTMP参数调节功能。经过测试,本系统在嵌入式平台上实现了基于RTMP协议的流媒体传输,运行稳定,图像质量较好,可以满足数字电视前端设备等嵌入式平台的流媒体传输需求。

关键词： 水质监测   物联网   嵌入式系统   LwIP   Modbus   FreeRTOS  

摘要： 水质检测是水资源保护的重要手段,对水资源实施快速、准确的检测对保护人类饮用水安全有着重要意义。随着现代化信息技术的不断发展,远程监控系统已经被广泛应用生活中各个领域,通过远程监控系统对水资源实施有效的监测也成为了近几年研究的重点。本文针对目前水质监测系统中存的监测参数固定、系统不易扩展以及无线节点功耗高等问题,设计了一款基于物联网的水质监测系统。本文完成的工作主要包括以下几个方面:(1)针对目前水质监测系统中存在的不足,提出了系统的总体设计方案,并对系统中各模块要实现的功能进行了划分。对总体方案设计中用到的核心硬件和水质检测传感器进行了器件选型,并对系统中涉及到的信号调理电路、模数转换电路、数字隔离电路、RS485电路、供电电路等核心硬件电路进行了设计。(2)本文针对无线传输系统功耗主要集中在无线收发数据过程中,提出了一种发射功率自适应调节算法来降低无线监测节点功耗,该算法主要是根据无线模块接收到的信号强度来自适应调节无线模块发射功率,从而达到降低节点功耗的目的。在此基础上设计了无线监测节点的Modbus数据帧结构,并对发射功率自适应调节算法进行了软件实现。(3)采用STM32CubeMX软件对设计好的底层硬件以及LwIP、FreeRTOS等中间件进行配置并生成系统工程文件。在系统工程文件的基础上对系统软件进行设计,实现了监测节点与监测网关、监测网关与监控中心之间的数据传输。最后设计了人机交互界面实现了水质监测系统数据的可视化显示以及远程控制功能。通过数据库或本地TXT文档形式实现了数据保存和历史查看功能。(4)对设计好的水质监测系统进行系统测试并给出测试结果。测试结果表明,该系统能够实现被监测区域内的数据采集、数据处理、远程传输和控制、数据存储、智能报警等功能。并且通过发射功率自适应调节算法能够有效降低无线监测节点功耗,延长节点生存周期。