導彈武器特裝車輛輔助駕駛與監(jiān)控考核系統(tǒng)的研制

作者 崔洪亮 火箭軍工程大學士官學院(山東 濰坊 262500)

*基金項目：二炮科研預研基金資助項目(編號：EP143133)

崔洪亮(1981-)，男，碩士，講師，研究方向：導彈測試與控制方面的教學與研究。

摘要：在分析研究導彈武器特裝車輛特點的基礎上，結合部隊駕駛員駕駛操作訓練過程中存在的問題，研制了導彈武器特裝車輛輔助駕駛與監(jiān)控考核系統(tǒng)，詳細介紹了該系統(tǒng)硬件各功能模塊的設計思路和各分系統(tǒng)軟件設計的實現(xiàn)方法，最后說明了系統(tǒng)在抗戰(zhàn)70周年國慶閱兵裝備方隊訓練中的應用效果。

引言

　　火箭軍部隊導彈武器特裝車輛比普通運輸車長近十米，在發(fā)射陣地存在定位時間長、定位精度低、夜間定位難度大的問題;在方隊閱兵訓練過程中存在多輛車同時訓練無法精確定位、缺乏訓練考核手段的問題，導致閱兵訓練效率低，無法記錄駕駛過程中的操作動作。針對導彈武器特裝車輛存在的問題，利用激光測距、衛(wèi)星定位、全景成像、電子考核等先進技術，采用成熟的I2C總線技術和ARM嵌入式技術，研制導彈武器特裝車輛輔助駕駛與監(jiān)控考核系統(tǒng)，解決導彈發(fā)射車在發(fā)射陣地定位時間長、定位精度低的問題，為導彈武器特裝車輛駕駛員安全行車提供有效的保障手段，提高導彈武器特裝車輛閱兵方隊訓練效率，為導彈武器特裝車輛駕駛員駕駛技能考核提供方法和手段。

1 系統(tǒng)總體結構

　　導彈武器特裝車輛輔助駕駛與監(jiān)控考核系統(tǒng)由衛(wèi)星定位模塊、激光測距模塊、全景成像模塊、考核評估模塊等四大部分組成，如圖1所示。

　　衛(wèi)星定位模塊由信號接收模塊、解算處理模塊、數(shù)據通訊模塊等組成。主要完成對車輛的定位、測距等功能，在閱兵訓練過程中能夠為車輛方陣指揮提供車輛方隊之間的相對位置信息，引導發(fā)射車駕駛員快速、準確地將發(fā)射車定位，減少導彈發(fā)射準備時間。

　　激光測距模塊由激光發(fā)射模塊、激光接收模塊和數(shù)據處理模塊組成，能夠準確地判斷車體和周圍物體的距離，保障閱兵的車輛方隊等速、等距、等間隔行進等功能，并能夠保障導彈部隊夜間合成訓練避免發(fā)生車輛刮蹭事故。

　　全景成像模塊由視頻捕獲模塊、視頻處理模塊和視頻顯示模塊組成，完成車輛四周的視頻捕獲、實時視頻處理、數(shù)據存儲、視頻全景顯示等功能，消除駕駛員的視覺盲區(qū)，保障駕駛者行車安全。

　　訓練考核模塊由系統(tǒng)數(shù)據庫、人員管理模塊和操作評判模塊組成，完成對導彈武器特裝車輛駕駛員駕駛技能的訓練和考核，以及在閱兵訓練過程中對車輛方陣進行綜合訓練并進行打分，為駕駛員訓練提供了一個科學有效的定量考評與輔助訓練平臺。

　　導彈武器特裝車輛輔助駕駛與監(jiān)控考核系統(tǒng)集定位、攝像、測距、考核、顯示、終端處理于一體，駕駛員可根據傳輸?shù)臄?shù)據和圖像及時調整，實現(xiàn)對導彈武器特裝車輛全方位的實時監(jiān)控、安全距離報警，并實現(xiàn)對駕駛員駕駛技能的科學有效的考核。

2 系統(tǒng)硬件設計與實現(xiàn)

　　導彈武器特裝車輛輔助駕駛與監(jiān)控考核系統(tǒng)把技能訓練、協(xié)同演練與輔助駕駛、考核評估有機結合在一起，以嵌入式ARM為平臺，采用激光測距、衛(wèi)星定位、全景成像、電子考核等先進技術，結合總線控制技術，采用模塊化設計思想，系統(tǒng)主要設備選型及其連接關系圖如圖2所示。

　　硬件設備主要包括：嵌入式ARM系統(tǒng)S3C2440、視頻解碼器TVP5150、視頻處理器DM642、視頻編碼器SAA7121、衛(wèi)星信號接收裝置TD3020、激光發(fā)射裝置PGEW1S09、激光接收裝置C30724P、顯示裝置，以及信號調理板等組成。

　　系統(tǒng)采用ARM+FPGA的架構，利用嵌入式ARM強大的處理能力和豐富的接口，保證系統(tǒng)的實時性;FPGA是配置靈活的可編程邏輯器件，可靈活方便地進行開發(fā)，提高系統(tǒng)的工作效率。

2.1 衛(wèi)星定位子系統(tǒng)的設計

　　衛(wèi)星定位子系統(tǒng)主要完成對導航衛(wèi)星信號的接收和解析等工作，并將位置信息在顯示器上顯示。

　　系統(tǒng)選用的衛(wèi)星接收模塊是TD3020雙系統(tǒng)高性能衛(wèi)星接收模塊，同時支持BD2、GPS兩個頻點的雙模導航定位信息。通過設置工作模式，可使用單BD2定位、單GPS定位和BD2/GPS混合定位三種工作模式。

　　衛(wèi)星接收芯片正常工作時，通過串口輸出標準的NMEA-0183格式定位數(shù)據和1PPS授時信號，為導彈武器特裝車輛提供高精度及低功耗低、成本的BD2/GPS雙模解決方案。

2.2 激光測距子系統(tǒng)的設計

　　激光測距子系統(tǒng)利用激光測距的原理，實現(xiàn)障礙物距離檢測的功能，根據距離障礙物的遠近自動報警，達到導彈武器特裝車輛全方位防撞的目的。通過激光測距系統(tǒng)可使參加閱兵的車輛方隊在閱兵式的行進過程中，能夠按橫向標齊、縱向等距等要求編隊行駛，減少對特裝車輛駕駛員操作技能的過度依賴。激光測距子系統(tǒng)設計原理圖如圖3所示。

　　激光發(fā)射裝置選用PGEW1S09，激光接收裝置采用集成芯片C30724P，時間測量裝置選用精度較高的TDC-GP2芯片。嵌入式ARM控制TDC進行計時，控制激光發(fā)射裝置發(fā)出強窄脈沖，控制激光接收裝置實時接收反饋信號，實時進行距離運算，并驅動LED顯示模塊顯示距離信息，若距離在危險范圍內控制報警電路發(fā)出聲光報警信號。

2.3 全景成像子系統(tǒng)的設計

　　系統(tǒng)通過車上的六個廣角攝像機，覆蓋車身周邊的所有區(qū)域，通過ARM的高速運算，獲取六個攝像機拼接關系的參數(shù)信息，根據計算出的參數(shù)信息，產生全景俯視圖像。核心處理單元采用的是TI公司的性價比較高的多媒體處理器DM642。

　　DM642捕獲到6路源圖像后，通過視頻解碼器TVP5150進行解碼通過ARM進行圖像參數(shù)信息合成處理，處理完的全景成像信息通過視頻端口輸出，并在顯示器上顯示。視頻顯示過程與視頻捕獲相反，多媒體處理器DM642處理的數(shù)字視頻，由視頻編碼器SAA7121進行編碼并實時輸出。駕駛者能方便地操控導彈武器特裝車輛，保障車輛的行車安全，并實時地記錄車輛的行駛軌跡，為考核系統(tǒng)提供基本依據。

2.4 訓練考核子系統(tǒng)的設計

　　訓練考核系統(tǒng)主要是針對導彈武器特裝車輛的駕駛技能進行的訓練與考核，訓練并考察駕駛員對車輛的熟悉程度、操作準確度、對車輛特情處置情況，并對駕駛員的操作情況給出評分。

　　在訓練時，為用戶提示如何進行操作，操作的要點，誤操作帶來的后果，以及如何對特殊情況進行處置。在考核模式中，程序將不會出現(xiàn)任何提示，只在后臺詳細記錄駕駛員操作動作的所有信息，包括操作時間、操作動作、對特殊情況的處置等，以供考核成績的評定。

3 系統(tǒng)軟件設計與實現(xiàn)

　　針對火箭軍導彈武器特裝車輛的特點，結合系統(tǒng)硬件的設計，選用Microsoft C#.NET為開發(fā)工具，采用模塊化編程方法，將軟件系統(tǒng)劃分為系統(tǒng)軟件、主控軟件、通訊軟件和管理軟件等四個功能模塊，如圖4所示。

　　系統(tǒng)軟件由引導程序(Boot Loader)、Linux操作系統(tǒng)和FPGA編程三部分組成，實現(xiàn)對其他設備的控制、監(jiān)視和管理等功能，其中引導加載程序在完成啟動功能后就退出消失。

　　主控軟件由衛(wèi)星定位軟件、激光測距軟件和全景成像軟件三部分組成。衛(wèi)星定位軟件完成對衛(wèi)星定位模塊采集到定位信息數(shù)據進行處理，得出定位信息;激光測距軟件通過對內部門電路的傳播延時控制來進行高精度時間間隔測量，算出精確的距離信息;全景成像軟件是完成視頻數(shù)據的采集、處理和輸出等功能。

　　通信軟件由網絡通信模塊、總線驅動模塊和視頻傳輸模塊三部分組成，實現(xiàn)下位機與上位機之間以及網絡通信功能、總線驅動程序的加載、視頻的傳輸?shù)裙δ堋?/p>

　　管理軟件包括人員管理模塊、數(shù)據庫管理模塊和操作評判模塊三部分組成，實現(xiàn)對駕駛員信息的存儲、數(shù)據庫的更新和操作評判規(guī)則的制定等功能。

4 結論

　　本文研制的導彈武器特裝車輛輔助駕駛與監(jiān)控考核系統(tǒng)設計新穎、效費比高、應用對象廣，已在火箭軍某部特裝駕駛員培訓基地和抗戰(zhàn)70周年國慶閱兵的裝備方隊訓練中得到應用，圓滿完成了相關特裝車輛駕駛員的培訓考核任務和國慶閱兵裝備方隊的訓練培訓任務，如圖5所示。應用結果表明，系統(tǒng)運行較穩(wěn)定，立足于特裝車輛輔助駕駛及考核訓練保障，用較低的成本，完成多車輛的多通道實時計時、定位、監(jiān)控、考核評價功能，并能準確測量勻速、標齊、等距等裝備方隊行進參數(shù)。該系統(tǒng)為部隊導彈特裝車輛駕駛員培訓考核和裝備方隊閱兵訓練搭建了硬件平臺，降低了特裝車輛駕駛培訓費用，提高了特裝車輛駕駛訓練效果，具有重大的軍事意義和較大的經濟效益。

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　　本文來源于《電子產品世界》2017年第4期第57頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。