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导弹武器特装车辆辅助驾驶与监控考核系统的研制

作者:崔洪亮时间:2017-03-29来源:电子产品世界
编者按:在分析研究导弹武器特装车辆特点的基础上,结合部队驾驶员驾驶操作训练过程中存在的问题,研制了导弹武器特装车辆辅助驾驶与监控考核系统,详细介绍了该系统硬件各功能模块的设计思路和各分系统软件设计的实现方法,最后说明了系统在抗战70周年国庆阅兵装备方队训练中的应用效果。

作者 崔洪亮 火箭军工程大学士官学院(山东 潍坊 262500)

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201703/345944.htm

*基金项目:二炮科研预研基金资助项目(编号:EP143133)

崔洪亮(1981-),男,硕士,讲师,研究方向:导弹测试与控制方面的教学与研究。

摘要:在分析研究导弹武器特点的基础上,结合部队驾驶员驾驶操作训练过程中存在的问题,研制了导弹武器系统,详细介绍了该系统硬件各功能模块的设计思路和各分系统软件设计的实现方法,最后说明了系统在抗战70周年国庆阅兵装备方队训练中的应用效果。

引言

  火箭军部队导弹武器比普通运输车长近十米,在发射阵地存在定位时间长、定位精度低、夜间定位难度大的问题;在方队阅兵训练过程中存在多辆车同时训练无法精确定位、缺乏训练考核手段的问题,导致阅兵训练效率低,无法记录驾驶过程中的操作动作。针对导弹武器特装车辆存在的问题,利用激光测距、卫星定位、全景成像、电子考核等先进技术,采用成熟的I2C总线技术和ARM嵌入式技术,研制导弹武器特装车辆系统,解决导弹发射车在发射阵地定位时间长、定位精度低的问题,为导弹武器特装车辆驾驶员安全行车提供有效的保障手段,提高导弹武器特装车辆阅兵方队训练效率,为导弹武器特装车辆驾驶员驾驶技能考核提供方法和手段。

1 系统总体结构

  导弹武器特装车辆系统由卫星定位模块、激光测距模块、全景成像模块、考核评估模块等四大部分组成,如图1所示。

  卫星定位模块由信号接收模块、解算处理模块、数据通讯模块等组成。主要完成对车辆的定位、测距等功能,在阅兵训练过程中能够为车辆方阵指挥提供车辆方队之间的相对位置信息,引导发射车驾驶员快速、准确地将发射车定位,减少导弹发射准备时间。

  激光测距模块由激光发射模块、激光接收模块和数据处理模块组成,能够准确地判断车体和周围物体的距离,保障阅兵的车辆方队等速、等距、等间隔行进等功能,并能够保障导弹部队夜间合成训练避免发生车辆刮蹭事故。

  全景成像模块由视频捕获模块、视频处理模块和视频显示模块组成,完成车辆四周的视频捕获、实时视频处理、数据存储、视频全景显示等功能,消除驾驶员的视觉盲区,保障驾驶者行车安全。

  训练考核模块由系统数据库、人员管理模块和操作评判模块组成,完成对导弹武器特装车辆驾驶员驾驶技能的训练和考核,以及在阅兵训练过程中对车辆方阵进行综合训练并进行打分,为驾驶员训练提供了一个科学有效的定量考评与辅助训练平台。

  导弹武器特装车辆辅助驾驶与监控考核系统集定位、摄像、测距、考核、显示、终端处理于一体,驾驶员可根据传输的数据和图像及时调整,实现对导弹武器特装车辆全方位的实时监控、安全距离报警,并实现对驾驶员驾驶技能的科学有效的考核。

2 系统硬件设计与实现

  导弹武器特装车辆辅助驾驶与监控考核系统把技能训练、协同演练与辅助驾驶、考核评估有机结合在一起,以为平台,采用激光测距、卫星定位、全景成像、电子考核等先进技术,结合总线控制技术,采用模块化设计思想,系统主要设备选型及其连接关系图如图2所示。

  硬件设备主要包括:系统S3C2440、视频解码器TVP5150、视频处理器DM642、视频编码器SAA7121、卫星信号接收装置TD3020、激光发射装置PGEW1S09、激光接收装置C30724P、显示装置,以及信号调理板等组成。

  系统采用ARM+FPGA的架构,利用强大的处理能力和丰富的接口,保证系统的实时性;FPGA是配置灵活的可编程逻辑器件,可灵活方便地进行开发,提高系统的工作效率。

2.1 卫星定位子系统的设计

  卫星定位子系统主要完成对导航卫星信号的接收和解析等工作,并将位置信息在显示器上显示。

  系统选用的卫星接收模块是TD3020双系统高性能卫星接收模块,同时支持BD2、GPS两个频点的双模导航定位信息。通过设置工作模式,可使用单BD2定位、单GPS定位和BD2/GPS混合定位三种工作模式。

  卫星接收芯片正常工作时,通过串口输出标准的NMEA-0183格式定位数据和1PPS授时信号,为导弹武器特装车辆提供高精度及低功耗低、成本的BD2/GPS双模解决方案。

2.2 激光测距子系统的设计

  激光测距子系统利用激光测距的原理,实现障碍物距离检测的功能,根据距离障碍物的远近自动报警,达到导弹武器特装车辆全方位防撞的目的。通过激光测距系统可使参加阅兵的车辆方队在阅兵式的行进过程中,能够按横向标齐、纵向等距等要求编队行驶,减少对特装车辆驾驶员操作技能的过度依赖。激光测距子系统设计原理图如图3所示。

  激光发射装置选用PGEW1S09,激光接收装置采用集成芯片C30724P,时间测量装置选用精度较高的TDC-GP2芯片。嵌入式ARM控制TDC进行计时,控制激光发射装置发出强窄脉冲,控制激光接收装置实时接收反馈信号,实时进行距离运算,并驱动LED显示模块显示距离信息,若距离在危险范围内控制报警电路发出声光报警信号。

2.3 全景成像子系统的设计

  系统通过车上的六个广角摄像机,覆盖车身周边的所有区域,通过ARM的高速运算,获取六个摄像机拼接关系的参数信息,根据计算出的参数信息,产生全景俯视图像。核心处理单元采用的是TI公司的性价比较高的多媒体处理器DM642。

  DM642捕获到6路源图像后,通过视频解码器TVP5150进行解码通过ARM进行图像参数信息合成处理,处理完的全景成像信息通过视频端口输出,并在显示器上显示。视频显示过程与视频捕获相反,多媒体处理器DM642处理的数字视频,由视频编码器SAA7121进行编码并实时输出。驾驶者能方便地操控导弹武器特装车辆,保障车辆的行车安全,并实时地记录车辆的行驶轨迹,为考核系统提供基本依据。

2.4 训练考核子系统的设计

  训练考核系统主要是针对导弹武器特装车辆的驾驶技能进行的训练与考核,训练并考察驾驶员对车辆的熟悉程度、操作准确度、对车辆特情处置情况,并对驾驶员的操作情况给出评分。

  在训练时,为用户提示如何进行操作,操作的要点,误操作带来的后果,以及如何对特殊情况进行处置。在考核模式中,程序将不会出现任何提示,只在后台详细记录驾驶员操作动作的所有信息,包括操作时间、操作动作、对特殊情况的处置等,以供考核成绩的评定。

3 系统软件设计与实现

  针对火箭军导弹武器特装车辆的特点,结合系统硬件的设计,选用Microsoft C#.NET为开发工具,采用模块化编程方法,将软件系统划分为系统软件、主控软件、通讯软件和管理软件等四个功能模块,如图4所示。

  系统软件由引导程序(Boot Loader)、Linux操作系统和FPGA编程三部分组成,实现对其他设备的控制、监视和管理等功能,其中引导加载程序在完成启动功能后就退出消失。

  主控软件由卫星定位软件、激光测距软件和全景成像软件三部分组成。卫星定位软件完成对卫星定位模块采集到定位信息数据进行处理,得出定位信息;激光测距软件通过对内部门电路的传播延时控制来进行高精度时间间隔测量,算出精确的距离信息;全景成像软件是完成视频数据的采集、处理和输出等功能。

  通信软件由网络通信模块、总线驱动模块和视频传输模块三部分组成,实现下位机与上位机之间以及网络通信功能、总线驱动程序的加载、视频的传输等功能。

  管理软件包括人员管理模块、数据库管理模块和操作评判模块三部分组成,实现对驾驶员信息的存储、数据库的更新和操作评判规则的制定等功能。

4 结论

  本文研制的导弹武器特装车辆辅助驾驶与监控考核系统设计新颖、效费比高、应用对象广,已在火箭军某部特装驾驶员培训基地和抗战70周年国庆阅兵的装备方队训练中得到应用,圆满完成了相关特装车辆驾驶员的培训考核任务和国庆阅兵装备方队的训练培训任务,如图5所示。应用结果表明,系统运行较稳定,立足于特装车辆辅助驾驶及考核训练保障,用较低的成本,完成多车辆的多通道实时计时、定位、监控、考核评价功能,并能准确测量匀速、标齐、等距等装备方队行进参数。该系统为部队导弹特装车辆驾驶员培训考核和装备方队阅兵训练搭建了硬件平台,降低了特装车辆驾驶培训费用,提高了特装车辆驾驶训练效果,具有重大的军事意义和较大的经济效益。

  参考文献:

  [1]崔洪亮.基于单片机的导弹发射车防撞测距报警器的研制[J].电子产品世界,2012,19(12):35-36.

  [2]常明,李伟,王肖.车辆方队阅兵训练考核系统概述[J].汽车运用,2009(10):33-33.

  [3]肖庚,张高伟.基于视频的实时车辆检测系统[J].计算机仿真,2005, 22(9):205-207.

  [4]邹超洋.基于多摄像头全景图像拼接的实时视频监控技术研究[D].华南理工大学,2014.

  [5]王文学.实时视频拼接技术研究[D].北京工业大学,2014.

  [6]白永,全景环视辅助泊车系统的研究[J],汽车零部件,2014,8.


  本文来源于《电子产品世界》2017年第4期第57页,欢迎您写论文时引用,并注明出处。



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