基于區(qū)塊鏈技術(shù)的地面移動目標智能跟蹤系統(tǒng)設(shè)計

宗華

（中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團有限公司深圳市分公司，廣東深圳 518000）

區(qū)塊鏈是一個可完全開放的共享型數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，可在既定特征條件下，對數(shù)據(jù)信息進行分類存儲。從實用性角度來看，該項應(yīng)用手段同時涉及計算機編程、互聯(lián)網(wǎng)、密碼學、數(shù)學等多項理論性技術(shù)，其一方面記錄各個時間段內(nèi)的節(jié)點交流信息，另一方面可聯(lián)合其他互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用結(jié)構(gòu)，反映區(qū)塊級主機的現(xiàn)有連接形式[1-2]。受到計算機應(yīng)用模式的限制，區(qū)塊鏈體系只能采取分布連接的形式存儲傳輸數(shù)據(jù)信息。

隨著地面目標移動速率的加快，核心控制程序會逐漸喪失對于目標對象的精準定位與跟蹤能力。為避免上述情況的發(fā)生，F(xiàn)PGA 型跟蹤系統(tǒng)在SAD 匹配算法的支持下，記錄地面移動對象的實際行進路徑，再將其輸出到FPGA 整合主機中，進行后續(xù)的信息演算與核查。然而此系統(tǒng)所需的執(zhí)行等待時間過長，易導致實際跟蹤精確性的持續(xù)下降。為解決此問題，引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)，設(shè)計一種新型地面移動目標智能跟蹤系統(tǒng)，聯(lián)合DM6446 信號處理器，計算跟蹤形心節(jié)點所處的實際位置，并將其用作后續(xù)智能信號連通性處理的主要依據(jù)條件。

1 地面移動目標智能跟蹤系統(tǒng)硬件設(shè)計

基于區(qū)塊鏈技術(shù)的地面移動目標智能跟蹤系統(tǒng)的硬件執(zhí)行環(huán)境由DM6446 信號處理器、圖像采集模塊、移動通信模塊三部分組成，具體搭建方法如下。

1.1 DM6446信號處理器

DM6446 信號處理器存在于區(qū)塊鏈地面移動目標智能跟蹤系統(tǒng)的底層應(yīng)用單元中，由信號仿真接口、數(shù)據(jù)處理設(shè)備、DM6446 芯片組、數(shù)據(jù)輸出線路4類執(zhí)行元件組成。其中，信號仿真接口可將已整合成束的移動目標信息參量反饋至下級系統(tǒng)設(shè)備結(jié)構(gòu)體之中，從而實現(xiàn)對區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)的快速處理。DM6446 芯片組位于信號仿真接口下端，可在數(shù)據(jù)處理設(shè)備元件的支持下，提取未完全傳輸?shù)牡孛嬉苿幽繕诵畔?，并將其轉(zhuǎn)化成長久存儲數(shù)據(jù)的傳輸應(yīng)用形式[3-4]。數(shù)據(jù)輸出線路位于DM6446 信號處理器左側(cè)，可實現(xiàn)處理器結(jié)構(gòu)體與下級應(yīng)用模塊間的無誤連接，且在實際傳輸過程中，始終對移動目標信息保持相對較強的感知能力。DM6446 信號處理器結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 DM6446信號處理器結(jié)構(gòu)

1.2 圖像采集模塊

圖像采集模塊可在TVP5150A 主機與TMS320 DM6446 主機的作用下，實現(xiàn)與DM6446 信號處理器的對應(yīng)連接，一方面將區(qū)塊鏈連接協(xié)議傳輸至系統(tǒng)相關(guān)硬件設(shè)備結(jié)構(gòu)體中，另一方面也可將地面移動目標圖像反饋至既定信號顯示區(qū)域中。其中，Vout[0-7]采集節(jié)點對應(yīng)Y1[0-7]/CCD[0-7]信號節(jié)點，Hsync 采集節(jié)點對應(yīng)HD 信號節(jié)點，這兩種目標跟蹤管腳可完全接收DM6446 信號處理器的傳輸信號，并將其轉(zhuǎn)化成理想化的區(qū)塊協(xié)議輸出形式。FID采集節(jié)點對應(yīng)VD 信號節(jié)點，CLK 采集節(jié)點對應(yīng)C-FIELD信號節(jié)點，這兩種目標跟蹤管腳可將區(qū)塊鏈協(xié)議轉(zhuǎn)化成既定連接形式，并在此作用下，將地面移動目標數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存至信息通信模塊之中[5-6]。圖像采集模塊結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 圖像采集模塊結(jié)構(gòu)

1.3 移動通信模塊

移動通信模塊的作用能力表現(xiàn)在區(qū)塊鏈跟蹤主機與數(shù)據(jù)通信芯片之間，可在RS232傳輸串口的作用下，實現(xiàn)輸入信號與輸出信號之間的連接轉(zhuǎn)換，大多數(shù)情況下，其應(yīng)用能力始終與圖像采集模塊保持一致[7-8]。區(qū)塊鏈跟蹤主機位于移動通信模塊上端，數(shù)據(jù)通信芯片位于移動通信模塊下端，由于RS232 傳輸串口的存在，二者之間的傳輸關(guān)系始終保持絕對性變化狀態(tài)。若將DM6446 信號處理器的傳輸需求考慮在內(nèi)，則可認為該模塊具備與智能跟蹤控制主機直接相連的應(yīng)用能力[9-10]。通常情況下，移動通信模塊位于地面移動目標智能跟蹤系統(tǒng)的底層連接單元之中，可在區(qū)塊鏈技術(shù)的支持下，感知地面移動目標信號的實際傳輸能力。移動通信模塊結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 移動通信模塊結(jié)構(gòu)

2 地面移動目標智能跟蹤系統(tǒng)軟件設(shè)計

在硬件執(zhí)行環(huán)境的支持下，按照區(qū)塊特征點提取、跟蹤形心位置計算、智能信號連通性判定的處理流程，完成系統(tǒng)軟件執(zhí)行環(huán)境的搭建，軟硬件結(jié)合，實現(xiàn)基于區(qū)塊鏈技術(shù)的地面移動目標智能跟蹤系統(tǒng)的搭建。

2.1 區(qū)塊特征點提取

區(qū)塊特征點提取可以分為3 個處理步驟：移動目標濾波平滑、跟蹤梯度計算、目標特征參量計算。首先，需要在區(qū)塊鏈技術(shù)的支持下，建立一個數(shù)據(jù)占比為5×5 的目標信息緩沖窗口，再以此為基礎(chǔ)，進行最少5 階的類跟蹤處理型濾波平滑處理，然后聯(lián)合上述所有數(shù)據(jù)信息參量，設(shè)置一個數(shù)據(jù)占比為3×3的梯度判別條件，并以信息類似的方式，計算最終的區(qū)塊特征點提取結(jié)果[11-12]。設(shè)Ω 代表地面移動目標的原始存在子集，δ1、δ2代表其中兩個不相等的目標特征值參量，一般情況下，δ1與δ2之間的實值距離越大，最終計算所得的區(qū)塊特征點提取結(jié)果也就越精準，反之則越模糊。聯(lián)立上述物理量，可將系統(tǒng)區(qū)塊特征點提取結(jié)果表示為：

式中，i0代表最小的系數(shù)提取指標，in代表最大的系數(shù)提取指標，n代表區(qū)塊特征點提取處理次數(shù)，ΔT代表地面移動目標的單位跟蹤處理時長，代表數(shù)據(jù)信息參量的智能化處理權(quán)限值。

2.2 跟蹤形心位置計算

跟蹤形心描述了地面移動目標所處的實際行進位置，一般情況下，該節(jié)點與智能監(jiān)控主機間的實際距離值越大，跟蹤形心位置的計算結(jié)果值也就越大，反之則越小。在區(qū)塊鏈技術(shù)的作用下，地面移動目標能夠在既定范圍內(nèi)保持連續(xù)化的運動狀態(tài)，且由于區(qū)塊特征點提取結(jié)果的約束，監(jiān)控主機所能感受到的指令輸出條件也始終維持在既定數(shù)值水平處[13-14]。設(shè)D1代表初始位置處的地面移動目標定義系數(shù)，D2代表終止位置處的地面移動目標定義系數(shù)。在上述物理量的支持下，聯(lián)立式（1），可將系統(tǒng)跟蹤形心位置計算結(jié)果表示為：

式中，q1代表初始階段智能監(jiān)控主機與跟蹤形心節(jié)點間的物理距離，q2代表終止階段智能監(jiān)控主機與跟蹤形心節(jié)點間的物理距離，χ、λ分別代表兩個不同形心節(jié)點描述的物理量。

2.3 智能信號連通性處理

智能信號連通性處理是地面移動目標智能跟蹤系統(tǒng)搭建的末尾執(zhí)行環(huán)節(jié)，可在已知跟蹤形心位置計算結(jié)果的基礎(chǔ)上，對待傳輸?shù)牡孛嬉苿幽繕诵盘栠M行智能化判別，并將滿足跟蹤處理需求的信號參量存儲于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫之中，再將不滿足跟蹤處理需求的信號參量反饋回DM6446 處理器元件之中[15-16]。在不考慮其他干擾條件的情況下，智能信號連通性處理結(jié)果同時受到目標信號輸出量、跟蹤處理判別時長兩項物理指標的影響。目標信號輸出量可表示為K，在既定傳輸時間內(nèi)，該項物理量始終保持相對穩(wěn)定的數(shù)值存在狀態(tài)。跟蹤處理判別時長可表示為j′，一般情況下，該項物理量的數(shù)值水平始終處于自然數(shù)0到1之間。在上述物理量的支持下，聯(lián)立式（2），可將智能信號的連通性處理結(jié)果表示為：

式中，v0代表地面移動目標信號的最小連通系數(shù)，vn代表地面移動目標信號的最大連通系數(shù)，代表基于區(qū)塊鏈技術(shù)的目標信息跟蹤處理均值量。

至此，實現(xiàn)各項軟硬件執(zhí)行環(huán)境的搭建，在區(qū)塊鏈技術(shù)的支持下，完成地面移動目標智能跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計。

3 應(yīng)用能力檢測

為驗證基于區(qū)塊鏈技術(shù)地面移動目標智能跟蹤系統(tǒng)的實用性價值，設(shè)計如下對比實驗。利用圖4所示信號捕獲設(shè)備作為實驗應(yīng)用元件，分別將實驗組控制主機、對照組控制主機與實驗組、對照組的輸入與輸出接線柱相連，其中實驗組控制主機搭載基于區(qū)塊鏈技術(shù)的地面移動目標智能跟蹤系統(tǒng)，對照組控制主機搭載FPGA 型跟蹤系統(tǒng)。

圖4 目標信號捕獲裝置

目標數(shù)據(jù)信息處理時間能夠反映跟蹤系統(tǒng)的應(yīng)用處理能力，一般情況下，控制主機所需的目標數(shù)據(jù)信息處理時間越短，跟蹤系統(tǒng)的應(yīng)用處理能力也就越強，反之則越弱。表1 記錄了實驗組、對照組目標數(shù)據(jù)信息處理時間的實際變化情況。

表1 目標數(shù)據(jù)信息處理時間對比表

分析表1 可知，隨著移動目標數(shù)據(jù)信息量的增大，實驗組信息處理時間保持先下降、再小幅波動的變化趨勢，整個實驗過程中的最大數(shù)值結(jié)果僅能達到3.6 s。對照組信息處理時間則保持先上升、再穩(wěn)定的數(shù)值變化趨勢，整個實驗過程中的最大數(shù)值結(jié)果達到了5.9 s，與實驗組最大值相比，上升了2.3 s。綜上可知，應(yīng)用基于區(qū)塊鏈技術(shù)地面移動目標智能跟蹤系統(tǒng)后，目標數(shù)據(jù)信息處理時長得到了有效控制，可大幅增強跟蹤系統(tǒng)的應(yīng)用處理能力。

DIA 指標能夠反映系統(tǒng)對于地面移動目標對象的實時定位與跟蹤能力，一般情況下，DIA 指標數(shù)值越大，系統(tǒng)對于地面移動目標對象的實時定位與跟蹤能力也就越強，反之則越弱。表2 記錄了實驗組、對照組DIA 指標數(shù)值的具體變化情況。

表2 DIA指標對比表

分析表2 可知，隨著實驗時間的延長，實驗組DIA 指標數(shù)值始終保持階梯狀上升的變化趨勢，整個實驗過程中的最大數(shù)值結(jié)果達到了75.0%。對照組DIA 指標則保持先上升、再下降的數(shù)值變化趨勢，整個實驗過程中的最大數(shù)值結(jié)果僅能達到55.1%，與實驗組極值相比，下降了19.9%。綜上可知，應(yīng)用基于區(qū)塊鏈技術(shù)地面移動目標智能跟蹤系統(tǒng)后，DIA指標數(shù)值得到了有效促進，可加強系統(tǒng)對于地面移動目標對象的實時定位與跟蹤能力。

4 結(jié)束語

從實用性角度來看，基于區(qū)塊鏈技術(shù)的地面移動目標智能跟蹤系統(tǒng)所需的目標數(shù)據(jù)信息處理時間更短，而DIA 指標數(shù)值的檢測水平卻相對更高，不僅增強了跟蹤系統(tǒng)的應(yīng)用處理能力，也實現(xiàn)了對移動目標對象的實時定位。在區(qū)塊鏈技術(shù)的作用下，DM6446 信號處理器聯(lián)合圖像采集模塊與移動通信模塊，通過提取區(qū)塊特征點的方式，一方面計算跟蹤形心所處的實際位置，另一方面判定智能信號的連通性能力，具備較強的應(yīng)用推廣價值。