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关键词： 格加密   高速硬件设计   乘法器   电路结构  

摘要： 基于格的密码学是后量子时代公钥密码的典型代表，格加密方案的研究与设计对于传统密码方案的安全性检测，以及新时期公钥密码体制的发展具有重要意义。格密码体制具有能够抵抗量子计算机攻击、可证明安全性、加密效率高等优点，是后量子密码体制的有力候选，但是格密码的硬件设计与实现仍处于探索阶段。本文在研究现有公钥密码体制的基础上，依据格上的困难问题，结合格的数理可证明安全性的特点，分析研究了一种新型格加密算法，提出了一种高速可靠的硬件实现方案。\n 本文首先分析了理想格的性质、格上困难问题，研究了格密码学的安全性原理和格加密方案的构造原理，给出了格加密方案的加解密过程以及参数选择方法。其次，通过对LWE加密方案的格难题进行研究，分析其基于线性运算的加解密过程，总结了LWE加密方案在硬件上的应用优势，并对现有LWE加密方案中的密钥形成添加了“筛选”操作，优化了密钥生成。然后，深入研究了对加密硬件性能影响最大的多项式乘法器算法，对比分析了Schoolbook、Karatsuba、NTT三种算法实现多项式乘法的复杂度，通过采用卷积和包裹卷积定理对环上多项式乘法的算法进行了优化和改进。针对R-LWE问题构造的格加密方案，本文提出了一种并行形式的NTT电路结构来实现多项式乘法器。\n 最后，本文完成了一种格加密算法的高速硬件设计与实现，并给出了完整的实现过程。本文实现的多项式乘法器在资源消耗不大的情况下，速度(周期)较现有方案提高了42%，较SchoolBook方案提高了92%。

关键词： 电子商务   仓储中心   自动引导运输车   硬件设计   软件开发  

摘要： 电商物流下的订单数量庞大，产品种类繁多，每个订单的产品数量很少，导致人工工作量大，出现搬运与拣选效率低、出错率高等问题，成为电商物流发展的制约条件。仓储AGV作为一种仓储自动化智能设备，具有灵活性强、搬运效率高、安全性高的特点。为应对快速发展的电商仓储中心出现的拣选效率低、搬运柔性差以及高成本问题。经查阅大量文献资料并对国内外仓储AGV的研究现状进行了综合分析，研究并设计了一种仓储AGV。\n 本文通过分析仓储AGV在某电商仓储中心的作业流程以及提出的应用要求，首先进行了仓储中心布局设计与仓储AGV总体方案研究，主要包括行走机构、减振机构、车架结构、举升机构、回转机构五个部分，拟定了各个功能机构的设计方案，并根据基本参数建立了差速转向模型和运动学模型。其次，对关键零部件进行选型与设计，确定了电机、减速器与减振弹簧等主要参数，使其满足设计要求；再次，对仓储AGV建立了仿真模型，并根据设计要求对其进行了凹坑与凸起路面上路运行稳定性分析，验证了仓储AGV方案满足设计要求。再次，对仓储AGV控制系统进行了硬件设计，完成了电源模块、主控模块、电机控制方式的设计，对电机驱动器、传感器进行了选型以及通讯方式的确定，完成了控制系统硬件设计。最后，通过对比现有导航方案，确定适用于该仓储中心的导航方式—QR码导航，建立了仓储AGV观测模型，根据摄像头模型得到了空间一点在世界坐标系下与图像坐标系下之间的转换公式，进而根据实际行进路线设计了合理的定位算法以及航迹推导算法。\n 基于单臂式减振机构和空心双头丝杠式举升方式的仓储AGV，具有良好的应用前景。

关键词： 红外图像   可见光图像   信号融合   现场可编程逻辑阵列   硬件设计  

摘要： 图像融合技术能够综合不同源图像并将其信息进行融合，使得新图像具备各源图像的特征信息，其对目标场景的描述比单一源图像更加全面。可见光与红外图像的融合是图像融合技术当中的一个研究热点，红外传感器能够探测隐藏的热目标，但是对比度较差，不能够很好地描述场景的细节。可见光传感器能够捕捉目标场景的细节信息，但是探测效果受制于外界环境。将二者图像进行融合，能够取长补短，提高视觉对场景的识别能力。\n 基于可见光与红外图像融合在实际应用中的巨大价值，本论文对可见光与红外图像融合的算法与硬件实现进行了研究。首先讨论了图像融合的应用意义，论述了图像融合系统的发展现状并对其进行了技术分析，确定了系统设计方案；其次对比研究了图像融合原理与方法，并对图像质量评价体系进行了阐述。针对可见光与红外图像的特点，从实用性的角度考虑，设计了一种便于硬件实现的基于特征增强的图像融合算法。通过改进传统形态学运算，对源图像的特征进行提取增强，并设计了一种交叉均衡的方法用于提取背景图像，最后重构特征与背景，完成融合操作，得到融合图像。以图像质量评价体系为标准，经过仿真分析，该方法融合效果良好；采取模块化设计思路，基于现场可编程逻辑阵列设计了图像信号融合硬件电路系统，完成了原理图设计，印制电路板设计和仿真，硬件焊接调试；最后对算法进行现场可编程逻辑阵列设计，并成功与硬件完成联调，实验结果良好，硬件运行频率能够达到300MHz，具备良好的实时性。

关键词： 整车信息   实时反馈   调整策略  

摘要： 本田节能比赛中只有赛车及车手允许进入赛道,车队如何掌握赛车运行、位置等数据对于调整比赛策略,获得较好成绩有着重要的意义。设计了一种用于本田节能车整车信息反馈系统,包括赛车运行数据系统、位置数据采集系统及无线通讯系统,将赛车数据实时反馈给车队,根据比赛状况车队能够实时调整。系统用于赛车上实现了基本功能,并提高了比赛成绩。

关键词： 车载辅助驾驶系统   硬件设计   软件开发   功能模块  

摘要： 未来社会汽车行业必定朝着智能化方向发展，单一模块并不能满足人们对智能化的需求，智能辅助驾驶系统应该是多模块并能根据人们不同的需求进行个性化定制的系统。本课题首先对车载辅助驾驶系统结构组成进行了相关说明，随后重点针对倒车辅助、车道线检测辅助这两个子模块进行了研究和设计。本论文的主要工作如下：\n (1)分析了车载辅助驾驶系统的结构组成，同时阐述了辅助驾驶系统的关键技术，如Android开发技术、OpenCV技术、图像处理技术等。\n (2)设计了基于Android的倒车辅助系统，详细阐述了该系统的硬件和软件设计过程。硬件系统主要由一体化雷达模块和支持V4L2的USB摄像头以及ARM开发板组成。软件系统采用分层设计的思想，包括底层的驱动程序，中间的JNI程序、上层的Android应用程序。雷达驱动程序采用了Linux内核中tasklet机制，及时响应中断请求，基于V4L2框架进行摄像头驱动程序的开发，实现了可视倒车、测距、语音报警等功能。\n (3)实现了车道线检测辅助系统。首先对采集到的道路图像进行了高斯滤波，之后在图像的二值化处理过程中，采用了最大类间方差法，对不同图像具有更好的适应性；针对霍夫变换耗时，采用了概率霍夫变换，同时设置ROI区域对背景区域进行了过滤，加快了直线检测的时间；采用斜率约束去除部分干扰线，同时将车道线分为左右两部分进行车道线检测算法的设计。利用JNI技术将车道线检测算法移植到车载Android平台上，实现了车道线的准确识别。\n 在车载Android系统上实现了两个子模块的相关功能，并对相关功能进行了测试分析，结果表明子模块的设计达到了预期的实验目标。利用图像处理和计算机视觉在ARM开发板上实现的车道线检测系统，加大了图像处理和计算机视觉在车载辅助驾驶系统中的应用范围。

关键词： 网络安全   监测管理平台   硬件设计   软件开发  

摘要： 网络安全事关国家安全和国家发展、事关广大人民群众工作生活，深刻影响着政治、经济、文化、社会、军事等重要领域，可以说没有网络安全就没有国家安全，就没有经济社会稳定运行，广大人民群众利益也难以得到保障。当前，全球的网络安全威胁和风险日益突出，重大网络安全事件时有发生，具有极大破坏性和杀伤力，但中国网络安全保障体系还不完善，愈演愈烈的网络安全风险和防护能力不足的矛盾日益凸显。形势和任务要求提高网络安全监管的技术及手段，增强网络安全系数，为促进社会发展和群众福祉提供保障。为此，本文研究了建立和加强网络安全信息的统筹机制和手段，提出了多网络综合监测管理平台的建设建议，解决了网络安全事件的监测不全面不及时问题，提升了应急指挥的响应能力，同时通过多网络综合监测管理系统实现了对网络数据进行全方位的采集、分析与管理，能够为网络安全管理部门提供决策依据，帮助其及时发现互联网内的违法行为，快速有效地打击网络违法犯罪。论文的主要工作为:\n ①设计了多网络综合监测管理系统的功能、硬软件方案，并依据方案进行工程实现;\n ②设计并完成了多数据接口，实现了多种海量数据的整合，对网站特征、网站访问活动模式等互联网规律进行深度的挖掘与分析，实时掌握互联网发展态势。\n ③设计并完成了企业与部平台的接口，强化互联网信息安全能力，实现了对网络中僵尸、木马和蠕虫等网络安全事件检测和预警能力。\n ④详细介绍了大数据可视化功能，实现了对数据的有效研判及展示。\n 最后，通过各项系统测试结果表明，该系统成功实现了对多渠道数据内容的抓取，并能通过多渠道数据的整合、加工、对比，让使用者全面、准确、实时、清晰的掌握互联网络基础信息，分清主体责任，及时发现涉及互联网行业管理的相关违规信息，为行业管理提供预警，是基于大数据开展互联网管理、网络安全保障工作的新突破。

关键词： 土工试验   水压力   远程监控系统   硬件设计   软件开发  

摘要： 在土工三轴试验中，为避免长时间试验过程中出现异常状况造成不必要的损失，需要对整个试验过程进行实时监控，当前主要采用人工现场监控的方式，其效率低下。为解决上述问题，本文利用自行开发的三轴试验同步水压力监控系统，结合互联网技术，以Android手机为控制终端，PC为服务端，NI-CompactRIO为数据采集模块，STM32为控制器设计了一套远程监控系统。本文的设计内容主要有以下几个方面：\n 首先，查阅了国内外相关文献研究成果，综述了近年来监控系统及水压力传动技术在国内外的发展现状、实现方式。在此基础上，本文提出了同步水压力远程监控系统的整体设计思路，设计了从Android终端到NI-CompactRIO和STM32的具体方案。\n 随后，根据提出的设计方案，完成了系统的硬件部分设计。针对本系统的控制要求，本文对控制器、步进电机、水压力变送器、数据采样模块进行了合理的选型，并在此基础上完成了单片机最小系统及步进驱动器的硬件电路的原理图及PCB设计，对电路进行了详细的理论分析。\n 接着，针对同步水压力控制系统开展研究，建立同步水压力控制系统的数学模型。针对系统稳定性、响应速度和同步控制性的要求，提出了同步交叉耦合控制和参数自整定模糊PID控制的控制方案。利用MATLAB完成控制算法的仿真研究，结果表明参数自整定模糊PID能较快地进入稳定工作点，交叉耦合同步算法具有较好的同步控制性能。完成仿真实验验证工作，并取得了较好的水压力同步控制效果。在此基础上，编写参数自整定模糊PID和交叉耦合同步算法并下载到STM32控制器中，完成初步调试工作。\n 然后，以同步水压力控制为例设计了远程监控系统的服务端和远程终端，服务端主要用LabVIEW接收NI-CompactRIO输出的双通道水压力信号，与STM32进行串口通信，与本地数据库MySQL实现数据传输，将水压力数据实时保存到数据库。将数据库中的数据包进行编码并转化为STM32所接收的数据流。远程终端控制界面主要是用Python+Kivy编写，建立终端和服务端的数据通信，将控制指令及数据通过数据库发送给服务端，同时不断接收来自服务端的数据，并在Android终端实时显示，从而实现了实时监控同步水压力控制状态的目的。\n 最后，初步完成远程监控系统的试验测试工作，实现了利用手机Android移动终端实时监控实验室现场设备的运行状态，并可根据手机实时监控数据实现手机控制。测试同步信号分别为正弦信号、半波信号及三角波信号，试验结果表明，在较低的输入频率\n （＜0.02HZ）下，实际水压力对输入信号有较好的跟踪效果，且具有不错的同步性能，即远程控制效果初步达到了设计要求。

关键词： 氮氧传感器   控制器   硬件设计   汽车尾气  

摘要： 随着机动车尾气排放标准的不断提高，在发动机尾气净化装置中具有决定性作用的氧传感器的市场需求量不断增加，同时，氧传感器的检测精度日益提高。新一代车用氮氧传感器满足现有尾气排放检测标准，被广泛应用于现代汽车电子检测、控制系统。本文在氮氧传感器检测原理、控制器具体实现以及整体系统控制方案等方面展开研究与设计，全面分析了氮氧传感器系统，为国内氮氧传感器开发提供参考方案。\n 首先，本文结合现有研究资料，深入分析了氮氧传感器的结构、工作原理以及工作条件等，并进一步分析了氮氧传感器用于尾气检测过程中的具体需求。氮氧传感器的控制器在工作过程中，不仅需要对弱电信号进行精确的检测与控制，同时还要解决测量端的热-电精细调节、控制等核心问题。其次，在对氮氧传感器及控制器进行理论研究与分析的基础上，对氮氧传感器的核心控制部分进行设计，实现了控制器的主要功能。同时，结合氮氧传感器的工作过程与实验数据，对控制器控制过程进行详细分析，并在热控制、电控制以及系统故障诊断等方面进行了控制方案设计，运用Matlab等工具进行了相应控制思路的建模与仿真，验证了方案的可行性。\n 基于所设计的氮氧传感器控制系统，在实际的控制器测试平台中，进行了各项基本指标的测试。测试结果验证了硬件电路与控制思路的可行性，设计的控制系统实现了氮氧传感器及控制器的主要功能。

关键词： 吸波材料   微波反射率   卧式弓形法测量系统   软件设计   硬件设计  

摘要： 随着隐身技术的不断发展，在宽频带、大角度下具有强吸收性能的吸波材料的研发和应用需求越来越迫切。通常用材料反射率表示吸波材料的吸收性能，因此，如何在较宽频段和较大斜入射角度下准确测得吸波材料的反射率具有重要意义。\n 本文根据国家军用标准GJB2038A-2011《雷达吸波材料反射率测试方法》中弓形测试法的测量原理，采用虚拟仪器技术，设计并搭建了微波反射率卧式弓形法自动测量系统，测量频段为0.5GHz到18GHz，斜入射测量角度达到45°。主要研究内容如下：\n 根据国军标中反射率测量要求，搭建了准微波暗室，通过LabVIEW软件设计的上位机程序，结合矢量网络分析仪、宽带喇叭天线、可编程电源等硬件设备，搭建了测量系统的软硬件平台。软件设计采用状态机模式并使用模块化编程方法，实现了校准提醒、自动测量、数据处理等功能。本测量系统校准数据满足弓形法反射率测量背景场要求，通过矢量网络分析仪的时域门设置和在收发喇叭天线之间放置吸波屏风，可以很好地降低喇叭天线间杂散耦合的影响。实验测量了磁性吸波平板、频率选择表面（FSS）吸波体的反射率，测量与仿真结果符合较好。最后通过不对称方法设计了斜入射性能稳定的FSS吸波体，实验测量结果与仿真规律一致，初步验证了本测量系统的可靠性。\n 本测量系统以天线支架代替传统弓形架，减小了弓形架反射回波带来的干扰，使得测量更加准确、灵活。应用虚拟仪器技术使整个测量过程和数据处理更加智能、高效。

关键词： 视频传输   云终端   硬件设计   软件开发  

摘要： 随着互联网技术的飞速发展，以及企业网络规模日益庞大，以个人电脑作为客户端来进行组网的方式逐渐暴露出了种种弊端，主要表现在硬件升级过快，频繁更换硬件而造成耗资巨大;网络管理成本偏高;软件的维护复杂和升级繁琐;计算机资源利用率低等。伴随着这些问题，云终端应运而生。云终端和主计算机之间多对一的连接方式非常适合大规模组网，并且云终端因具有部署快速、功耗低、购置成本低、动态管理、灵活性高等优势，被广泛应用在金融、教育、电力、卫生等行业。但随着用户需求的不断改变，云终端在图像处理和视频传输方面逐渐暴露出不足，虽然各大厂商为满足视频和图像处理技术人员的需求，对云终端进行专门的优化，但此类云终端价格昂贵，不适合大规模组网使用。\n 基于以上问题，本文通过对国内外云终端的研究现状调研分析，利用基于Cortex-A9微处理器的硬件平台，结合定制的嵌入式Linux系统以及优化后的桌面虚拟化SPICE协议，提出一种在视频传输方面性能良好且成本低廉的云终端解决方案，解决了云终端在低成本内图像及视频传输性能体验差的问题。本文所设计的云终端平台有着丰富的应用前景和市场价值，可被应用于大规模组网且要求成本低、视频传输良好的场景中，如多媒体教育和图像医疗。这对云终端的发展起到了积极地作用。\n Cortex-A9处理器计算性能高，成本相对较低，具有高扩展性和低功耗性。本文基于以Cortex-A9为核心的处理器，利用其高性能、低功耗的优势，结合云终端的应用需求，提出包括以Cortex-A9为核心的微处理器，网络接口，视频接口，串口以及USB接口等模块的硬件设计方案，在此基础上，本文通过研究对比市面上丰富的硬件产品，选定以三星S5P4418芯片为核心的开发板作为本文的硬件平台。本文以嵌入式Linux系统为云终端底层软件系统，完成Boot Loader的移植，Linux内核移植，根文件系统的构建以及相应驱动的开发和调试等工作。本文结合桌面虚拟化技术，选用SPICE协议做为云终端和服务器之间的通信协议，对SPICE协议的特性进行剖析，着重分析SPICE的视频传输压缩和解压机制。本文利用分形和小波相结合的方法对SPICE中视频压缩算法MJPEG的离散余弦变换进行替换，同时在设计云终端的SPICE客户端时，在相应视频解压代码位置，利用分形和小波的逆变换对视频数据进行解压缩。\n 测试表明，本文设计的云终端除了能够正常连接服务器并为用户带来良好的桌面办公体验之外，在视频播放流畅度和带宽占用方面均明显好于未对SPICE优化之前的云终端。优化后的云终端在视频播放时所占带宽比未优化之前所占带宽减少40％左右。