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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 數(shù)字化士兵服
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類(lèi)：
- 信息技術(shù)
- 大類(lèi)：
- 科技發(fā)明制作A類(lèi)
- 簡(jiǎn)介：
- 本項(xiàng)目中的數(shù)字化士兵服系統(tǒng)，將戰(zhàn)地場(chǎng)景實(shí)時(shí)傳輸、雙向通話(huà)、實(shí)時(shí)追蹤、定位、生理參數(shù)的監(jiān)測(cè)和身體防護(hù)功能有機(jī)地集成到士兵服中，并實(shí)現(xiàn)信號(hào)在士兵之間、士兵與指揮部之間的無(wú)線(xiàn)傳輸。同時(shí)本項(xiàng)目利用磁控濺射表面沉積技術(shù)，實(shí)現(xiàn)低溫條件下，在柔軟的無(wú)紡布表面構(gòu)建電路。由此得到的柔性濺射電路，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的堅(jiān)硬的電路板，滿(mǎn)足了服裝穿著的舒適性要求。
- 詳細(xì)介紹：
- （1）視頻、音頻無(wú)線(xiàn)傳輸子系統(tǒng) 以S3C2440A開(kāi)發(fā)板作為主控制板，以ARM9嵌入式芯片為內(nèi)核，在嵌入式linux的系統(tǒng)平臺(tái)下，通過(guò)攝像頭采集圖像信息，然后對(duì)所得數(shù)據(jù)依照H.264/AVC先進(jìn)的編碼技術(shù)進(jìn)行壓縮編碼。視頻信號(hào)最終傳輸?shù)絇C機(jī)接收端接收信號(hào)，微波解調(diào)擴(kuò)散，通過(guò)H.264解碼器解壓視頻。鎖相環(huán)和壓控振蕩器（VCO）產(chǎn)生發(fā)射的射頻載波信號(hào)，經(jīng)過(guò)緩沖放大，激勵(lì)放大、功放，產(chǎn)生額定的射頻功率，經(jīng)過(guò)天線(xiàn)低通濾波器，抑制諧波成分，然后通過(guò)天線(xiàn)發(fā)射出去。用二次變頻超外差方式，從接收天線(xiàn)輸入的信號(hào)經(jīng)過(guò)收發(fā)轉(zhuǎn)換電路和帶通濾波器后進(jìn)行射頻放大。 （2）GPS定位、追蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 將GSM/GPRS和GPS功能模塊在士兵服上的高效集成，實(shí)現(xiàn)對(duì)士兵的實(shí)時(shí)追蹤。帶有兩個(gè)串口的微控制器一方面獲取來(lái)自GPS的位置數(shù)據(jù)，另一方面將這些數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理后轉(zhuǎn)換為GPRS可以傳送的數(shù)據(jù)，再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸給控制中心，指揮中心即可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)相應(yīng)的追蹤數(shù)據(jù)。并通過(guò)GPRS功能模塊將位置信息傳輸?shù)絀nternet網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)測(cè)終端從Internet網(wǎng)絡(luò)獲取位置信息，實(shí)現(xiàn)士兵的追蹤。GPS、GPRS、Internet三者的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了士兵服的定位追蹤功能。 （3）生理監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 以基于zigbee技術(shù)的無(wú)線(xiàn)射頻芯片CC2430為中央控制器，集成于該芯片內(nèi)部的MCU不僅負(fù)責(zé)采集溫濕度傳感器SHT11的溫度、溫度信息和心率采集電路的心率信息，而且還負(fù)責(zé)控制芯片內(nèi)部的射頻電路，將采集到的溫濕度和心率信息通過(guò)zigbee發(fā)送模塊無(wú)線(xiàn)發(fā)送出去。終端接收到節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的信息，通過(guò)串口傳給上位機(jī)顯示，從而監(jiān)測(cè)終端可以實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)士兵的生理信息。 （4）身體防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本模塊設(shè)計(jì)的作用是讓士兵在作戰(zhàn)的時(shí)候，讓他從身體最直接的外觀去保護(hù)自己，保證身體的各個(gè)機(jī)能正常的運(yùn)轉(zhuǎn)工作，是取得戰(zhàn)爭(zhēng)勝利的基礎(chǔ)。本項(xiàng)目通過(guò)紅外成像原理設(shè)計(jì)軍用夜視鏡，使士兵在夜晚可以發(fā)現(xiàn)敵情。采用特殊的材料為士兵服量身定制具有舒適性、防護(hù)性和靈動(dòng)性能的軍用護(hù)膝護(hù)肘，保護(hù)士兵的膝關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)。設(shè)計(jì)過(guò)濾式軍用防毒面罩，內(nèi)部填充以活性炭為主要成分的防毒炭，保障士兵的呼吸安全。 （5）磁控濺射法制備柔性電路 而紡織材料固有的強(qiáng)力及柔韌性為電子產(chǎn)品的可穿技術(shù)提供了一個(gè)優(yōu)良的平臺(tái)，使得我們可以將計(jì)算、傳感和通信等功能嵌入其中形成一個(gè)耐用、可靠的電子紡織品整體。本項(xiàng)目采用直流磁控濺射在無(wú)紡布基底上濺射沉積金屬銅來(lái)制備軟性電路。在低溫條件下，應(yīng)用聚合物纖維為基材，在其表面沉積了具有導(dǎo)電功能的納米結(jié)構(gòu)鍍層，利用磁控濺射技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)在低溫條件下在聚合物纖維表面沉積電子功能結(jié)構(gòu)界面，實(shí)現(xiàn)了聚合物纖維的表面功能化。
作品圖片
作品專(zhuān)業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 本作品針對(duì)目前智能軍服研發(fā)中存在的數(shù)字化程度低、集成復(fù)雜、功能簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)傳送與反饋不及時(shí)等關(guān)鍵問(wèn)題，提出通過(guò)數(shù)字集成、傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和物理加工等手段，實(shí)現(xiàn)數(shù)字士兵服的雙向傳輸、高精度定位、智能監(jiān)控與快速反饋等功能。 1. 作品設(shè)計(jì)目的： （1）數(shù)字化集成信號(hào)接收與反饋系統(tǒng)，降低信噪比； （2）使用磁控濺射技術(shù)制備柔性電路，實(shí)現(xiàn)數(shù)字軍服集成的柔性化； （3）借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)精確定位與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析； 2. 作品制作背景與思路 近年來(lái)，“信息化”已經(jīng)成為各國(guó)軍事研發(fā)部門(mén)爭(zhēng)奪的“制高點(diǎn)”，而軍隊(duì)智能服裝因其應(yīng)用的直接性，更成為各國(guó)科學(xué)家研究的重點(diǎn)。目前，歐美國(guó)家正大力研制一種數(shù)字化軍服，實(shí)現(xiàn)從供給、防護(hù)到觀察、通信、定位，實(shí)時(shí)地偵察和傳遞信息，具有人機(jī)一體化、多功能等特點(diǎn)。但上述研究在集成控制、信號(hào)反饋等技術(shù)領(lǐng)域尚存未攻克的技術(shù)難點(diǎn)。本作品正是基于上述研究現(xiàn)狀，提出通過(guò)柔性電路設(shè)計(jì)、信號(hào)雙向傳輸?shù)仁侄?，?shí)現(xiàn)數(shù)字士兵服多個(gè)功能的集成與應(yīng)用。 3. 作品的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)： （1）將戰(zhàn)地場(chǎng)景實(shí)時(shí)傳輸、快速追蹤、準(zhǔn)確定位、生理監(jiān)測(cè)和身體防護(hù)與信號(hào)反饋等功能有機(jī)地集成到士兵服上面。 （2）利用物理加工——磁控濺射表面沉積技術(shù)，實(shí)現(xiàn)低溫條件下在在柔軟的無(wú)紡布表面構(gòu)建電路。 （3）柔軟的無(wú)紡布電子電路代替?zhèn)鹘y(tǒng)的堅(jiān)硬的電路板，使得各種功能的電子元器件能夠在士兵服上面舒適地集成，與服裝完美融合。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 通過(guò)本作品的設(shè)計(jì)，可將戰(zhàn)地場(chǎng)景實(shí)時(shí)傳輸、雙向通話(huà)、實(shí)時(shí)追蹤、定位、生理參數(shù)的監(jiān)測(cè)和身體防護(hù)功能有機(jī)地集成到士兵服中，并實(shí)現(xiàn)信號(hào)在士兵之間、士兵與指揮部之間的無(wú)線(xiàn)傳輸。同時(shí)本項(xiàng)目利用磁控濺射表面沉積技術(shù)，實(shí)現(xiàn)低溫條件下，在柔軟的無(wú)紡布表面構(gòu)建電路。由此得到的柔性濺射電路，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的堅(jiān)硬的電路板，滿(mǎn)足了服裝穿著的舒適性要求。使得各種功能的電子元器件能夠在士兵服上面舒適地集成，與服裝完美融合。本作品主要克服了目前智能軍服研發(fā)中存在的信號(hào)反饋延遲、定位與傳送不準(zhǔn)確，已經(jīng)加工中存在的柔性電路加工困難等問(wèn)題。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2011年5月，在無(wú)錫市中恒科技有限公司進(jìn)行作品展示，進(jìn)行技術(shù)交流與合作
作品所處階段
- 作品的中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 本課題以技術(shù)轉(zhuǎn)讓?zhuān)蚝献鏖_(kāi)發(fā)的形式進(jìn)行應(yīng)用推廣，并簽署合作協(xié)議。
作品可展示的形式
- 實(shí)物， 現(xiàn)場(chǎng)演示
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)： 基礎(chǔ)雄厚，有一定的技術(shù)平臺(tái)、所在魏取福教授實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)期從事智能紡織品和光電紡織材料的研究，在國(guó)內(nèi)外有一定影響力，且在柔性電路的加工等技術(shù)領(lǐng)域擁有該領(lǐng)域多數(shù)專(zhuān)利。 適應(yīng)范圍： 國(guó)內(nèi)外高新技術(shù)紡織企業(yè)，以及智能服裝研發(fā)機(jī)構(gòu) 作品的技術(shù)特點(diǎn)： 將戰(zhàn)地場(chǎng)景實(shí)時(shí)傳輸、雙向通話(huà)、實(shí)時(shí)追蹤、定位、生理參數(shù)的監(jiān)測(cè)和身體防護(hù)功能有機(jī)地集成到士兵服中，并實(shí)現(xiàn)信號(hào)在士兵之間、士兵與指揮部之間的無(wú)線(xiàn)傳輸。同時(shí)本項(xiàng)目利用磁控濺射表面沉積技術(shù)，實(shí)現(xiàn)低溫條件下，在柔軟的無(wú)紡布表面構(gòu)建電路。 項(xiàng)目的推廣前景： 該項(xiàng)目中可廣泛應(yīng)用于軍事用服裝的開(kāi)發(fā)，同時(shí)可廣泛應(yīng)用于民用智能服裝等領(lǐng)域。 目前作品所涉及技術(shù)已與無(wú)錫中恒科技有限公司、無(wú)錫日恒電子有限公司等企業(yè)達(dá)成了合作協(xié)議。 經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)： 據(jù)美國(guó)國(guó)防部公開(kāi)信息等資料表示，今后10年中智能軍事用服裝及其相關(guān)技術(shù)擁有350億美元的市場(chǎng)潛力。本項(xiàng)目及其后續(xù)研究將擁有較好的經(jīng)濟(jì)效益。
同類(lèi)課題研究水平概述
- 信息技術(shù)的飛速發(fā)展及其在軍事領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，徹底改寫(xiě)了人類(lèi)有史以來(lái)的戰(zhàn)爭(zhēng)記錄，使戰(zhàn)爭(zhēng)領(lǐng)域發(fā)生了一場(chǎng)革命，傳統(tǒng)的軍服也在新技術(shù)的催化下產(chǎn)生了“質(zhì)”的飛躍。為打贏信息戰(zhàn)，信息化武器的開(kāi)發(fā)成為各國(guó)軍方競(jìng)相研究的焦點(diǎn)，各國(guó)都在努力推進(jìn)士兵裝備的信息化。最近，信息化的智能軍服的研制被美軍提上議事日程。據(jù)美軍戰(zhàn)士系統(tǒng)中心官員透露，新一代智能化軍服即將正式投入使用，這種智能軍服除充當(dāng)通信設(shè)備外，還可發(fā)揮多種功能，能監(jiān)視著裝士兵的身體狀況，還可以進(jìn)行激光瞄準(zhǔn)等。這種數(shù)字化的士兵服，從供給、防護(hù)到觀察、通信、定位，能實(shí)時(shí)地偵察和傳遞信息，具有人機(jī)一體化、多功能等特點(diǎn)。 英國(guó)國(guó)防部的科學(xué)家6年來(lái)一直在研制“新生代武士”單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)，2010年英國(guó)的該作戰(zhàn)系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)入調(diào)試階段。該單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)帶有完整的頭盔子系統(tǒng)，它利用先進(jìn)的材料來(lái)提供彈道保護(hù)，并裝備有計(jì)算機(jī)和感應(yīng)式顯示器，通過(guò)頭盔上的顯示器，士兵可以看到計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的圖形數(shù)據(jù)、戰(zhàn)場(chǎng)地圖、敵軍情報(bào)信息、軍隊(duì)位置等。同時(shí)語(yǔ)音技術(shù)的應(yīng)用，士兵對(duì)著計(jì)算機(jī)說(shuō)的話(huà)能進(jìn)入計(jì)算機(jī)菜單，代替士兵勾動(dòng)武器的扳機(jī)，使得士兵可以立即開(kāi)火。 法國(guó)陸軍“未來(lái)士兵”系統(tǒng)有兩大部分，AIF（單兵未來(lái)）武器和FELIN（步兵設(shè)備與通信綜合的）服裝和設(shè)備系統(tǒng)。該系統(tǒng)將武器與服裝上的人機(jī)接口連接，頭盔帶有瞄準(zhǔn)功能，在頭盔上可顯示觀測(cè)圖像和瞄準(zhǔn)線(xiàn)。三層設(shè)計(jì)的作戰(zhàn)服可給出可見(jiàn)的、紅外的、NBC、射擊、氣候和子彈防護(hù)等功能。該設(shè)計(jì)開(kāi)始于2005年，2010年開(kāi)始投入使用進(jìn)入調(diào)試階段。 澳大利亞的“地面125計(jì)劃”單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)，可隨時(shí)了解戰(zhàn)場(chǎng)上的各種信息；身穿特制背心，背心里裝有一套制冷系統(tǒng)，以抵御夏日的酷熱；胸前配有一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)，可與通信衛(wèi)星聯(lián)系，并能顯示本身所處的位置，誤差不超過(guò)幾米。 此外，還有加拿大佩戴計(jì)算機(jī)的“知識(shí)性”作戰(zhàn)服系統(tǒng)，俄羅斯的帶有瞄準(zhǔn)、個(gè)人防護(hù)、生命保障功能的“巴爾米查”士兵服系統(tǒng)???越來(lái)越多的國(guó)家開(kāi)始對(duì)單兵作戰(zhàn)服系統(tǒng)的研制和開(kāi)發(fā)工作。并都有一個(gè)顯著地特點(diǎn)就是越來(lái)越多地將信息與通信技術(shù)用于其中。極大提高了戰(zhàn)斗力的同時(shí)，也越來(lái)越注重對(duì)士兵生命的保護(hù)，未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)上的較量將變成一場(chǎng)高科技的較量。服裝界業(yè)內(nèi)人士預(yù)言“智能軍服將引導(dǎo)未來(lái)服裝產(chǎn)業(yè)革命”。
