军用装备及车辆主动管理系统的研究与设计分析教学提纲.docx

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A Dissertation in．Computer application technology．

Research and Design of Military Equipment and Vehicles
Automatic Management System

Candidate：Zou Yaozong

Supervisor：Qu Weiping
Computer science and Engineering School AnHui University of Science and Technology
No．1 68，Shungeng Road，Huainan，23200 1，P．R．CHINA

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独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方以外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 塞邀堡王太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示谢意。

学位论文作者签名：刍覃埋宣!日期：丝盟年j月j日

学位论文版权使用授权书

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学位论文作者签名：丢侈埋字，签字白期：矽纰年‘月g日

导师签名 签字日期：如心年‘月多日

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摘 要

摘 要

随着计算机技术的不断发展，各行各业都经历着信息化这股浪潮的席卷。国 防科技一般都要走在科技的前沿。美国等发达国家十分重视军事力量的信息化建 设，在后勤物资管理领域，经过近几次实战的实践，美军已经有了一套行之有效 并且高效的基于无线射频识别(I强ID)技术的后勤物资管理体系，美军基本实现 了后勤物资的可视化管理，并且在无线射频识别(RFID)技术领域，建立了全球 化的标准。可以说，美国在国防信息化领域走在世界的前列。相比较而言，我军 在依托信息化手段进行管理的方式方法还十分欠缺。特别是在武器装备及军用车 辆的全寿命管理上方面主要还是比较落后。
本文针对基层单位在装备和车辆管理相对比较薄弱的特点，研究了基于无线 射频识别(RFID)技术与指纹识别技术相结合的管理方式的可行性和技术手段。 分别对系统需要的硬件条件和软件技术进行了分析和论述。通过这两项技术的结 合，我们可以实现对于计算机系统对于物体和人身份的识别。再通过数据库的应 用管理，就可以通过计算机系统管控用户相应的使用权限和使用时间，管理者能 够通过该系统实时的掌握所属装备的信息情况，并且系统对于非法使用能够给出 警示提醒，提高了装备保障的安全性和便捷性。同时， RFID电子标签具有存储 功能的特点，通过RFID读写器对其的进行读写，就可以了解其对应装备和车辆 的全寿命信息，为保养维修提供的参考依据。
第四章和第五章分别对装备及车辆主动管理系统进行了硬件和软件的实现。
硬件系统选用了超高频(U皿)RFID技术远距离读写系统、基于TCS316指纹
模块的嵌入式指纹自动识别系统和基于CAN总线技术的通信网络设计。软件设 计分为数据库模块、装备及车辆位置检测模块、装备及车辆出入库计划制定模块、 管理模块和报警模块进行设计和实现。并且通过日常使用中的案例，进行了对整 个系统进行了验证。

图4l 表10参46 关键词：装备管理：物联网；指纹识别；无线射频识别； 分类号：TN91l

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Abstract

Witll the development of computer technology,every industry is experiencing the wave of information．Defense technology is generally at the forefront of technology． The United States and other developed countries attach great importance to the construction of military information．In the field of logistics management，through actual practice in recent times，the United States military has had an effective and efficient logistical supplies based on radio frequency identification(RFID)technology, realized logistical supplies of visual management，and built the global standard on RFID．In short，the U．S．is at the forefront of the world in the defense field of information technology．In comparison，Chinese military is at a relatively back
backward position on the method of information management，especially in the
life-cycle management of weaponry and military vehicles area．
This paper targets on the weakness of basic units in equipment and vehicles， studying the feasibility and technologies of combination of RFID and fingerprint recognition technology．The condition of the system required hardware and software technologies are analyzed and discussed，respectively．By combining these two technologies，we can achieve the identification the identity of objects and people via computer system．Then，through the application of database，we call control the users’
access to information and limit using time．By this system，managers Can obtain and
control the information of all equipment in real-time，get alert for any illegal usage and ensure the safety and convenience of equipment．At the same time，RFID electronic tags have storage function，埘tll a RFID reader,we can understand the life-cycle
information of corresponding equipment and vehicles，providing the reference for
maintenance．
Chapters IV and嘭respectively,are execution of military equipment and vehicles automatic management system on hardware and software system．Hardware system uses ultrahigh frequency RFID long—distance reader system，TCS3 1 6 based embedded
fingerprint identification system and CAN based bus technology and communication network design．Software designs into a database module，equipment and vehicles location detection module，equipment and vehicles ins and outs planning module， management module and alarm module．Combined the daily application case，the

．II．

Abstract

entire system has been validated． Figure 4 1 Table 1 0 Reference 46
KeyWords：Equipment management；Network；Fingerprint Identification；Radio
Frequency Identification Chinese books catalog：耶q9 1 1

安辙理工大学硕士学位论文

-IV-

目 录

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 V

Contents IX
l绪论 1

1．1 研究背景 1

1．2国内外研究现状 。1

1．2．1国外研究现状 2

1．2．2国内研究现状 2

1．3研究的意义 ．．3

1．4主要研究的内容 ．．4

2军用装备及车辆主动管理系统相关技术 5

2．1RFID技术概述 5

2．1．1RFID技术原理 ．．5

2．1．2 RFID技术发展 ．6

2．1．3 RFID应用现状 ．7

2．2指纹识别技术概述 8

2．3数据库技术 10

2．3．1数据库系统 ．．10

2．3．2数据库与物联网 ．．10

3军用装备及车辆主动管理系统总体设计 13

3．1军用装备及车辆管理主要内容 ．13

3．2系统功能 14

3．3系统结构 1 7

3．4军用装备及车辆主动管理系统的软硬件架构设计 19

3．4．1系统的硬件架构逻辑 ．．19

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3．4．2系统的软件架构逻辑 ．．20

3．5主动管理系统网络拓扑结构 21

3．6本章小结 22

4 军用装备及车辆主动管理系统的硬件设计与实现 ．23

4．1 RFID系统设计 ．．23

4．1．1RFID的技术参数选择 ．24
4．1．2 RFID读写器的选择 25
4．1．3RFID中间件 28
4．1．4 RFID中的防碰撞算法设计 30
4．1．4 RFID中的安全认证协议设计 3 1

4．2指纹识别系统 34

4．2．1自动指纹识别过程 ．．34
4．2．2嵌入式mini2440 ARM开发平台 35

4．2．3嵌入式自动指纹识别系统中的图像增强算法 36

4．2．4嵌入式自动指纹识别系统中的特征匹配算法 ．．38

4．3网络通信控制 42

4．3．1总线结构 ．．42

4．3．2报文传输 ．．45

4．3．3 RFID模块通信实现 46

5 军用装备及车辆主动管理系统的实现 49

5．1系统软件功能模块结构 49

5．2数据库模块设计实现 49

5．3装备及车辆位置检测模块 5 1

5．4装备及车辆出入库计划制定模块实现 53

5．5管理模块实现 55

5．5．1信息管理模块实现 ．．55

5．5．2．设备管理模块实现 56

5．6报警模块实现 57

5．7系统界面设计 58

．VI．

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目 录

5．8系统使用验证 60

6总结与展望 。63

6．1总结 63

6．2展望 64

参考文献 ．65

致谢 69

作者简介及读研期间主要科研成果 ．71

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-VIll-

Contents

Comems

1 Introduction ．．1

1．1 Research background l
1．2 Research status at home and abroad 1

1．2．1 Abroad research status ．．2
1．2．2 Research status of domestic 2

1．3 The significance of the study ． ． ． ．．3
1．4 The main research content ． ． 4

2 Active management system of military equipment and related technology of vehicle．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 6

2．1 An overview of RFID Technology ．6
2．1．1 The principle of RFID Technology 6

2．1．2 The development of RFID Technology ．7

2．1．3 Application status of RFID ．．8

2．2 Overview of the fingerprint identification technology 一9

2．3 Database technology ．．11
2．3．1 Database system 11
2．3．2 Database and Internet of things 1 1

3 Active management system design．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13
3．1 The main content management 13

：；．2 The system function． ． ． ． ． ．． ． ． ． ．．． ．． ． ． ． ． ．．．．． ．14

：；．3 System structure．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 7 3．4The system。S hardware and software architecture design．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 9 3．4．1 The hardware architecture of the system logic ．19

．Ⅸ．

一 室墼里三奎堂堡主堂垡笙奎

3．4．2 The software architecture of the system logic ．20
3．5 Active management system network topology structure 21
3．6 The summary of this chapter 22

4 The design and Realization of the hardware system ··23
4．1 The design of RFID system 23
4．1．1 Selection of the technical parameters of RFID 24

4．1．2 RFID reader。S choice ．25

4．1．3 RFID Middleware ．．28

4．1．4 The design of anti collision algorithm in RFID ··30
4．1．4 Design of the security authentication protocol in RFID 3 1

4．2 Fingerprint identification system ．34 4．2．1 Automatic fingerprint identification system ．34 4．2．2 The embedded mini2440 ARM development platform ．．36 4．2．3 Image enhancement algorithm ·37
4．2．4Feature matching algorithm ． 38

4．3 Network communication control ．43

4．3．1 Bus structure 43

4．3．2 Message transmission ·45

4．3．3 The RFID module communication 46

5 The realization of active management system ．．49 5．1 System software function module structure ．．49 5．2 Implementation of the database module design ．49
5．3 Equipment and vehicle position detection module 5 l

5．4Warehouse planning module -53

5．5 Management module -55

5．5．1 Information management module ．55

5．5．2Device management module ·56

-X．

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Contents

5．6 Alarm module ．57
5．7 The system interface design 58
5．8 System verification 60

6 Conclusion and Prospect ．63
6．1 Summary ．．： 63

6．2 Prosped ．．64
Reference 65

Thank ． ．69

The main research results author and Graduate School ．71

．XI．

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-XIl-

1绪论

l 绪论

1．1研究背景

当前，我军正面临着深化改革的浪潮，习主席提出的能打仗、打胜仗的强军 目标。科技强军是我军走向现代化的必经之路。军事单位对于其所属的装备和车 辆的管理方式，直接反映出一支队伍的现代化建设水平。如果能够通过现代化的 科技手段提高后勤保障的智能化水平，肯定能够提高军用物资的利用率，增强部 队的管理能力，延长武器装备的使用寿命，强化部队的战备基础，从而提高大大 提升部队的战斗力。
现代战场将不再是单纯火力上的较量，根据近几次战争研究，科技的作用越 来越明显，也可以这么说谁获得了信息权，谁就获得了战争的主动权。信息化装 备相比较机械化时代的武器而言，集成度高、操作简单、反应迅速，但事情都有 两面性，信息化设备大部分都比较“娇弱”，对于管理的要求比较高，需要借助信 息化的管理手段来提高管理水平。
由于国防建设的长期滞后发展，现阶段我军对于现代化武器装备的管理模式 还是比较落后。我们需要重视对信息化的发展重视起来，调动社会和军内的科研 力量，使用现代化的手段完成分配、使用、维修、保养等任务，最大程度上满足 军队实际需要，提高部队战斗力，提升尖端武器装备的效用空间，已成为后勤保 障工作中亟需解决的问题。
目前，物联网技术发展势头猛烈，我国也十分重视物联网的建设。作为科技 强军的一部分，军队也要在物联网技术的使用上跻身于世界强国之列。本文使用 物联网技术中的RFID射频识别技术和指纹识别技术相结合的技术路线，针对当 前部队装备及车辆管理中的弊端，设计一种具有高安全性和可用性的军用武器装 备及军用车辆主动管理系统。目的就是要提高当前管理的水平和技术手段，提高 解放军信息化水平，有效展开对于军用武器装备及军用车辆进行可视化动态管理。

1．2国内外研究现状

国防科技一般都是走在科技发展的前沿，在近来的军事变革和军事冲突中， 我们可以看到很多物联网的应用。RFID技术是物联网家族中异军突起的一部分， 国内外十分重视其发展和应用。美、日、欧盟各国对于RFID技术的发展十分重 视，在一定程度上已经抢占发展的先机。

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1．2．1国外研究现状

世界上的发达国家都有一个共同的特点，就是十分重视科学技术的发展。发 达国家凭借着多年积累的人才和技术优势，特别在近几次战争中物联网技术的实 践和应用，使其军用物联网技术得到了长足的发展。
作为武装到牙齿的美军有着科技创新的实力和传统，通过对于最新技术的不 断创新发展，形成强大的技术优势，进一步形成战斗力的优势。在物联网发展上， 美军同样也是走在其他各国的前面，通过海湾战争和伊拉克战争的实战检验，美 军更是发现了RFID的好处，目前美军已经要求其所有的供货商都要进行RFID 统一编码，美军使用的编码标准EPC编码系统已经成为全球使用的标准之一。
美军在使用RFID技术的有以下几个特征：(1)后勤管理可视化；(2)前方 后方持续性；(3)国防社会保障标准化；(4)优化供应流程；(5)军用物品全寿 命管理；(6)在运资产可视化管理；(7)高智能的供应链；(8)快速便捷的信息 采集能力。
1．2．2国内研究现状 物联网技术作为炙手可热的的新技术，目前其在民用领域有着非常广泛的应
用，随着技术的不断成熟，其应用随着技术发展的不断延伸。尽管物联网在我国
国防领域中的应用还没有形成规模，一些技术标准也尚未统一，但解放军已经认 识到物联网技术强大的生命力。根据公开资料显示，近年来，技术中的中国人民 解放军总部进行了一系列的研究与部署，后勤单位也在不断摸索RFID技术在军 事管理的方法。兰州军区某部通过在关卡路段安装RFID读写器，直接读取通过 关卡的汽车RFID标签信息，从而了解汽车的装载信息，获取信息之后通过军内 信息链路将信息实时上传至上级指挥机构，保证了指挥层能够实时军用物资的动 态信息。
南京军区某部仓库针对后勤物资的管理特点，积极引入物联网技术，设计了 一整套信息化方案，创新发展可视化管理系统平台。摆脱了过去目前人管人记、 高投入低产出的老方式。进行信息化改造之后，仓管员只要通过值班室的大屏幕 就能实时的查看仓库内各种物资的状态和流通信息。特别是通过无线传感网络的 建设，对于仓库的温度、湿度等参数更是足不出门就能了如指掌。RFID技术的 应用更是大大缩短了军用物资的收发时间，通过数据采集研究，制定更科学的生 产和分发技术，从而减少了整个后勤的保障成本。

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1绪论

相比较发达国家的后勤保障，我军对于RFID技术的应用还是不够广泛，后 勤保障仍然以二维条码技术为主，在RFID技术运用上，我军仍处于初级阶段。 2013年5月我军全面更换新军车牌，军车牌照内部加入了RFID模块，标志着我 军物联网时代的来临。和很多科技领域一样，我国虽然是RFID的大国，但不是 RFID强国。技术相对比较薄弱。大部分系统的开发还是依据国外的技术标准， 形成自己的技术的成熟系统不多。
总而言之，解放军在物联网技术研究和应用还是处于起步阶段，在应用上离 战斗力的形成和发展还有不少的路要走。因此，针对武器装备以及军用车辆的信 息化管理，我军还是有着很大的潜力能挖，发展空间十分巨大。

1．3研究的意义

针对后勤中的装备和车辆管理，在信息化应用上，我们首先要考虑是安全性， 系统要能够分辨管理人员身份以及其具有的相关权限，一般的做法是通过密码输 入或者是使用IC卡。人工设定的密码存在着容易遗忘的风险，同时密码也易被盗 取和被破解则。实际应用过程中，想盗取他人密码并不困难，只要在其输入密码 时留意他的动作就可以知晓其密码，另外有些人的密码设置复杂程度不够，容易 根据其个人的信息进行分析破解；IC卡虽然具有很强的加密防伪性能，其制造成 本成本不高，目前社会上使用也比较广泛，但是如果使用IC作为身份识别的手段， 仍然存在着保存和携带的问题。这些身份识别方式在日常生活中可以使用。但应 用于军用系统还不够安全。目前对于装备及车辆的管理，RFID还没有广泛的应 用开来，特别基层单位，没有能够进行RFID读写操作的硬件系统。
指纹识别技术、 RFID技术作为两种新的智能识别技术，它们都有自己的优 势，人的指纹具有唯一性、持久性，随着嵌入式技术的发展其有着广阔的发展空 间；RFID无需直接接触读写信息，并且存储的信息量大，在装备和车辆的管理 上有独到的优势。直到现在，针对两项技术设计的综合应用不多，本文将结合两 项技术的优点，研究一种适用于基层单位的装备和物资管理系统。
军用装备及车辆主动管理系统，能够通过RFID技术实现对装备和车辆在场 库内的状态进行实时检测，系统通过查询各读卡接点中的标签数量，就可以了解 其所属装备及车辆的在位情况，并且可以通过对RFID标签的读写，进行装备和 车辆的全寿命管理。通过指纹识别系统，我们可以找到解决身份识别问题中的最 优解，可以明确不同用户对应的操作权限，增强系统的管理能力。
在系统设计中如果仅使用RFID技术来识别装备或车辆的状态信息和位置，

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但对于管理者或使用者的权限分辨不够安全、可靠。那么如果只使用指纹识别技 术，对使用者身份形成了非常严格的认证，对于武器装备和车辆的状态无法进行 确认；所以我们在系统设计中如果只采用一种的自动识别技术，不能完善的解决 存在的问题。
本文中使用RFID标签存储对应的ID信息，通过对RFID标签的读写，就能 知道相应装备或车辆的信息，结合标签的信息记录功能以及其对应的数据库，就 能记录装备和车辆的位置信息和状态信息；使用指纹来标示使用者的身份，能够 快速确认身份信息，确定管理权限，相比较传统的密码具有高安全性和便携性。
RFID技术和指纹识别技术的结合使用，完美的解决了管理系统对人和物的 自动识别，也解决了军队对于装备及车辆主动管理中面临的问题。指纹识别技术 与RFID技术结合有效针对管理中的责任划分的难点，增强装备和车辆的使用的 制度性和安全性，有助于提高军队装备和车辆的管理水平和军队后勤保障能力的 提升。

1．4主要研究的内容

本文主要基于RFID技术和指纹识别技术结合，研究和设计军用装备及车辆 主动管理系统中的相关应用，主要研究内容如下所示：
(1)了解RFID技术在国内外的最新进展，以及RFID在军事装备管理分析

领域的应用，深入了解军事RFID技术的发展现状。
(2)深入研究RFID技术的标准、RFID系统的分类、RFID系统的安全和隐 私以及RFID系统中的关键技术，提出RFID系统一般组成。
(3)设计开发嵌入式自动指纹识别系统硬件平台，以及相关应模块的构建， 指纹识别模块的采集、比对和管理的模块的构建。以及其通信的接口，用户登录 界面的设计等。
(4)结合军队管理需求及业务流程，基于RFID和指纹识别技术，设计军用 武器装备及车辆主动管理系统的总体架构，根据实际功能需要对硬件子系统进行 设计和实现各功能模块。
(5)详细完成军用武器装备及车辆管理系统的主要模块的软件设计及数据库 的构建，对其中的指纹识别模块、系统授权模块、设备管理模块、监控终端软件 的功能模块、装备分发功能模块和装备全寿命记录功能模块等进行设计。
(6)结合实例对系统的可用性及易用性进行验证，对整个系统设计中的存在
的问题进行总结，提出下步改进的方向。

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2军用装备及车辆主动管理系统相关技术

2军用装备及车辆主动管理系统相关技术

实现主动管理系统的基础是自动识别技术，其中包括装备及车辆自动识别、 库存状况识别和人员身份认证，对于前两项识别技术，本系统基于安全性、便捷 性及自动化程度高的考虑使用RFID技术，人员认证上使用指纹认证技术，下面 将针对本文中使用的技术进行论述。

2．1RFID技术概述
2．1．1RFID技术原理 RFID基本系统由三部分构成：
电子标签(1她)：由耦合元件和芯片两个部分组成。每个标签都有对应的电子 编码，存储其对应物品的信息。电子标签有有源标签和无源标签两种；
读写器(Reader)：是对电子标签内的信息进行读写操作的设备，一般为手持式 和固定式两种类型；
天线(Antenna)：传递射频信号帮助读写器读写电子标签内存储的信息。 此外RFID系统还应具备：数据传输、数据处理、数据存储和数据管理能力，
并且能够对RFID标签进行读写控制。 射频识别(RFID)技术是一种基于非接触双向通信的射频或微波能量，能够
实现数据交换功能的身份自动识别系统。其结构如图1所示。RFID标签与RFID 阅读器之间的通信建立是，通过耦合元件形成射频信号的空间耦合，建立耦合通 道。通过通过时间差完成能量的交换，RFID标签获得能量后与RFID读写器之间 进行数据传输。

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