導(dǎo)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(xué)士官學(xué)院(山東 濰坊 262500)

*基金項(xiàng)目：二炮科研預(yù)研基金資助項(xiàng)目(編號：EP143133)

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

摘要：在分析研究導(dǎo)彈武器特裝車輛特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合部隊(duì)駕駛員駕駛操作訓(xùn)練過程中存在的問題，研制了導(dǎo)彈武器特裝車輛輔助駕駛與監(jiān)控考核系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)硬件各功能模塊的設(shè)計(jì)思路和各分系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的實(shí)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(duì)訓(xùn)練中的應(yīng)用效果。

引言

　　火箭軍部隊(duì)導(dǎo)彈武器特裝車輛比普通運(yùn)輸車長近十米，在發(fā)射陣地存在定位時(shí)間長、定位精度低、夜間定位難度大的問題;在方隊(duì)閱兵訓(xùn)練過程中存在多輛車同時(shí)訓(xùn)練無法精確定位、缺乏訓(xùn)練考核手段的問題，導(dǎo)致閱兵訓(xùn)練效率低，無法記錄駕駛過程中的操作動(dòng)作。針對導(dǎo)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(jìn)技術(shù)，采用成熟的I2C總線技術(shù)和ARM嵌入式技術(shù)，研制導(dǎo)彈武器特裝車輛輔助駕駛與監(jiān)控考核系統(tǒng)，解決導(dǎo)彈發(fā)射車在發(fā)射陣地定位時(shí)間長、定位精度低的問題，為導(dǎo)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(dǎo)彈武器特裝車輛閱兵方隊(duì)訓(xùn)練效率，為導(dǎo)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(jié)構(gòu)

　　導(dǎo)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(jù)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(xùn)練過程中能夠?yàn)檐囕v方陣指揮提供車輛方隊(duì)之間的相對位置信息，引導(dǎo)發(fā)射車駕駛員快速、準(zhǔn)確地將發(fā)射車定位，減少導(dǎo)彈發(fā)射準(zhǔn)備時(shí)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(jù)處理模塊組成，能夠準(zhǔn)確地判斷車體和周圍物體的距離，保障閱兵的車輛方隊(duì)等速、等距、等間隔行進(jìn)等功能，并能夠保障導(dǎo)彈部隊(duì)夜間合成訓(xùn)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(shí)時(shí)視頻處理、數(shù)據(jù)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(xùn)練考核模塊由系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、人員管理模塊和操作評判模塊組成，完成對導(dǎo)彈武器特裝車輛駕駛員駕駛技能的訓(xùn)練和考核，以及在閱兵訓(xùn)練過程中對車輛方陣進(jìn)行綜合訓(xùn)練并進(jìn)行打分，為駕駛員訓(xùn)練提供了一個(gè)科學(xué)有效的定量考評與輔助訓(xùn)練平臺。

　　導(dǎo)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(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和圖像及時(shí)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對導(dǎo)彈武器特裝車輛全方位的實(shí)時(shí)監(jiān)控、安全距離報(bào)警，并實(shí)現(xiàn)對駕駛員駕駛技能的科學(xué)有效的考核。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　導(dǎo)彈武器特裝車輛輔助駕駛與監(jiān)控考核系統(tǒng)把技能訓(xùn)練、協(xié)同演練與輔助駕駛、考核評估有機(jī)結(jié)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(jìn)技術(shù)，結(jié)合總線控制技術(shù)，采用模塊化設(shè)計(jì)思想，系統(tǒng)主要設(shè)備選型及其連接關(guān)系圖如圖2所示。

　　硬件設(shè)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(diào)理板等組成。

　　系統(tǒng)采用ARM+FPGA的架構(gòu)，利用嵌入式ARM強(qiáng)大的處理能力和豐富的接口，保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性;FPGA是配置靈活的可編程邏輯器件，可靈活方便地進(jìn)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(shè)計(jì)

　　衛(wèi)星定位子系統(tǒng)主要完成對導(dǎo)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(shí)支持BD2、GPS兩個(gè)頻點(diǎn)的雙模導(dǎo)航定位信息。通過設(shè)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(shí)，通過串口輸出標(biāo)準(zhǔn)的NMEA-0183格式定位數(shù)據(jù)和1PPS授時(shí)信號，為導(dǎo)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(shè)計(jì)

　　激光測距子系統(tǒng)利用激光測距的原理，實(shí)現(xiàn)障礙物距離檢測的功能，根據(jù)距離障礙物的遠(yuǎn)近自動(dòng)報(bào)警，達(dá)到導(dǎo)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(duì)在閱兵式的行進(jìn)過程中，能夠按橫向標(biāo)齊、縱向等距等要求編隊(duì)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(shè)計(jì)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(shí)間測量裝置選用精度較高的TDC-GP2芯片。嵌入式ARM控制TDC進(jìn)行計(jì)時(shí)，控制激光發(fā)射裝置發(fā)出強(qiáng)窄脈沖，控制激光接收裝置實(shí)時(shí)接收反饋信號，實(shí)時(shí)進(jìn)行距離運(yùn)算，并驅(qū)動(dòng)LED顯示模塊顯示距離信息，若距離在危險(xiǎn)范圍內(nèi)控制報(bào)警電路發(fā)出聲光報(bào)警信號。

2.3 全景成像子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)通過車上的六個(gè)廣角攝像機(jī)，覆蓋車身周邊的所有區(qū)域，通過ARM的高速運(yùn)算，獲取六個(gè)攝像機(jī)拼接關(guān)系的參數(shù)信息，根據(jù)計(jì)算出的參數(shù)信息，產(chǎn)生全景俯視圖像。核心處理單元采用的是TI公司的性價(jià)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(jìn)行解碼通過ARM進(jìn)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(jìn)行編碼并實(shí)時(shí)輸出。駕駛者能方便地操控導(dǎo)彈武器特裝車輛，保障車輛的行車安全，并實(shí)時(shí)地記錄車輛的行駛軌跡，為考核系統(tǒng)提供基本依據(jù)。

2.4 訓(xùn)練考核子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　訓(xùn)練考核系統(tǒng)主要是針對導(dǎo)彈武器特裝車輛的駕駛技能進(jìn)行的訓(xùn)練與考核，訓(xùn)練并考察駕駛員對車輛的熟悉程度、操作準(zhǔn)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(xùn)練時(shí)，為用戶提示如何進(jìn)行操作，操作的要點(diǎn)，誤操作帶來的后果，以及如何對特殊情況進(jìn)行處置。在考核模式中，程序?qū)⒉粫霈F(xiàn)任何提示，只在后臺詳細(xì)記錄駕駛員操作動(dòng)作的所有信息，包括操作時(shí)間、操作動(dòng)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(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　針對火箭軍導(dǎo)彈武器特裝車輛的特點(diǎn)，結(jié)合系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)，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(gè)功能模塊，如圖4所示。

　　系統(tǒng)軟件由引導(dǎo)程序(Boot Loader)、Linux操作系統(tǒng)和FPGA編程三部分組成，實(shí)現(xiàn)對其他設(shè)備的控制、監(jiān)視和管理等功能，其中引導(dǎo)加載程序在完成啟動(dòng)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(jù)進(jìn)行處理，得出定位信息;激光測距軟件通過對內(nèi)部門電路的傳播延時(shí)控制來進(jìn)行高精度時(shí)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(jù)的采集、處理和輸出等功能。

　　通信軟件由網(wǎng)絡(luò)通信模塊、總線驅(qū)動(dòng)模塊和視頻傳輸模塊三部分組成，實(shí)現(xiàn)下位機(jī)與上位機(jī)之間以及網(wǎng)絡(luò)通信功能、總線驅(qū)動(dòng)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(jù)庫管理模塊和操作評判模塊三部分組成，實(shí)現(xiàn)對駕駛員信息的存儲、數(shù)據(jù)庫的更新和操作評判規(guī)則的制定等功能。

4 結(jié)論

　　本文研制的導(dǎo)彈武器特裝車輛輔助駕駛與監(jiān)控考核系統(tǒng)設(shè)計(jì)新穎、效費(fèi)比高、應(yīng)用對象廣，已在火箭軍某部特裝駕駛員培訓(xùn)基地和抗戰(zhàn)70周年國慶閱兵的裝備方隊(duì)訓(xùn)練中得到應(yīng)用，圓滿完成了相關(guān)特裝車輛駕駛員的培訓(xùn)考核任務(wù)和國慶閱兵裝備方隊(duì)的訓(xùn)練培訓(xùn)任務(wù)，如圖5所示。應(yīng)用結(jié)果表明，系統(tǒng)運(yùn)行較穩(wěn)定，立足于特裝車輛輔助駕駛及考核訓(xùn)練保障，用較低的成本，完成多車輛的多通道實(shí)時(shí)計(jì)時(shí)、定位、監(jiān)控、考核評價(jià)功能，并能準(zhǔn)確測量勻速、標(biāo)齊、等距等裝備方隊(duì)行進(jìn)參數(shù)。該系統(tǒng)為部隊(duì)導(dǎo)彈特裝車輛駕駛員培訓(xùn)考核和裝備方隊(duì)閱兵訓(xùn)練搭建了硬件平臺，降低了特裝車輛駕駛培訓(xùn)費(fèi)用，提高了特裝車輛駕駛訓(xùn)練效果，具有重大的軍事意義和較大的經(jīng)濟(jì)效益。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]崔洪亮.基于單片機(jī)的導(dǎo)彈發(fā)射車防撞測距報(bào)警器的研制[J].電子產(chǎn)品世界,2012,19(12):35-36.

　　[2]常明,李偉,王肖.車輛方隊(duì)閱兵訓(xùn)練考核系統(tǒng)概述[J].汽車運(yùn)用,2009(10):33-33.

　　[3]肖庚,張高偉.基于視頻的實(shí)時(shí)車輛檢測系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)仿真,2005, 22(9):205-207.

　　[4]鄒超洋.基于多攝像頭全景圖像拼接的實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控技術(shù)研究[D].華南理工大學(xué),2014.

　　[5]王文學(xué).實(shí)時(shí)視頻拼接技術(shù)研究[D].北京工業(yè)大學(xué),2014.

　　[6]白永,全景環(huán)視輔助泊車系統(tǒng)的研究[J],汽車零部件,2014,8.

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