導彈武器特裝車(chē)輛輔助駕駛與監控考核系統的研制

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(xué)與研究。

摘要：在分析研究導彈武器特裝車(chē)輛特點(diǎn)的基礎上，結合部隊駕駛員駕駛操作訓練過(guò)程中存在的問(wèn)題，研制了導彈武器特裝車(chē)輛輔助駕駛與監控考核系統，詳細介紹了該系統硬件各功能模塊的設計思路和各分系統軟件設計的實(shí)現方法，最后說(shuō)明了系統在抗戰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(chē)輛比普通運輸車(chē)長(cháng)近十米，在發(fā)射陣地存在定位時(shí)間長(cháng)、定位精度低、夜間定位難度大的問(wèn)題;在方隊閱兵訓練過(guò)程中存在多輛車(chē)同時(shí)訓練無(wú)法精確定位、缺乏訓練考核手段的問(wèn)題，導致閱兵訓練效率低，無(wú)法記錄駕駛過(guò)程中的操作動(dòng)作。針對導彈武器特裝車(chē)輛存在的問(wèn)題，利用激光測距、衛星定位、全景成像、電子考核等先進(jìn)技術(shù)，采用成熟的I2C總線(xiàn)技術(shù)和ARM嵌入式技術(shù)，研制導彈武器特裝車(chē)輛輔助駕駛與監控考核系統，解決導彈發(fā)射車(chē)在發(fā)射陣地定位時(shí)間長(cháng)、定位精度低的問(wèn)題，為導彈武器特裝車(chē)輛駕駛員安全行車(chē)提供有效的保障手段，提高導彈武器特裝車(chē)輛閱兵方隊訓練效率，為導彈武器特裝車(chē)輛駕駛員駕駛技能考核提供方法和手段。

1 系統總體結構

　　導彈武器特裝車(chē)輛輔助駕駛與監控考核系統由衛星定位模塊、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。

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

　　激光測距模塊由激光發(fā)射模塊、激光接收模塊和數據處理模塊組成，能夠準確地判斷車(chē)體和周?chē)矬w的距離，保障閱兵的車(chē)輛方隊等速、等距、等間隔行進(jìn)等功能，并能夠保障導彈部隊夜間合成訓練避免發(fā)生車(chē)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(chē)輛四周的視頻捕獲、實(shí)時(shí)視頻處理、數據存儲、視頻全景顯示等功能，消除駕駛員的視覺(jué)盲區，保障駕駛者行車(chē)安全。

　　訓練考核模塊由系統數據庫、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(chē)輛駕駛員駕駛技能的訓練和考核，以及在閱兵訓練過(guò)程中對車(chē)輛方陣進(jìn)行綜合訓練并進(jìn)行打分，為駕駛員訓練提供了一個(gè)科學(xué)有效的定量考評與輔助訓練平臺。

　　導彈武器特裝車(chē)輛輔助駕駛與監控考核系統集定位、攝像、測距、考核、顯示、終端處理于一體，駕駛員可根據傳輸的數據和圖像及時(shí)調整，實(shí)現對導彈武器特裝車(chē)輛全方位的實(shí)時(shí)監控、安全距離報警，并實(shí)現對駕駛員駕駛技能的科學(xué)有效的考核。

2 系統硬件設計與實(shí)現

　　導彈武器特裝車(chē)輛輔助駕駛與監控考核系統把技能訓練、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、衛星定位、全景成像、電子考核等先進(jìn)技術(shù)，結合總線(xiàn)控制技術(shù)，采用模塊化設計思想，系統主要設備選型及其連接關(guān)系圖如圖2所示。

　　硬件設備主要包括：嵌入式ARM系統S3C2440、視頻解碼器TVP5150、視頻處理器DM642、視頻編碼器SAA7121、衛星信號接收裝置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(kāi)發(fā)，提高系統的工作效率。

2.1 衛星定位子系統的設計

　　衛星定位子系統主要完成對導航衛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。

　　系統選用的衛星接收模塊是TD3020雙系統高性能衛星接收模塊，同時(shí)支持BD2、GPS兩個(gè)頻點(diǎn)的雙模導航定位信息。通過(guò)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。

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

2.2 激光測距子系統的設計

　　激光測距子系統利用激光測距的原理，實(shí)現障礙物距離檢測的功能，根據距離障礙物的遠近自動(dòng)報警，達到導彈武器特裝車(chē)輛全方位防撞的目的。通過(guò)激光測距系統可使參加閱兵的車(chē)輛方隊在閱兵式的行進(jìn)過(guò)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(chē)輛駕駛員操作技能的過(guò)度依賴(lài)。激光測距子系統設計原理圖如圖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(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)行計時(shí)，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(shí)時(shí)接收反饋信號，實(shí)時(shí)進(jìn)行距離運算，并驅動(dòng)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 全景成像子系統的設計

　　系統通過(guò)車(chē)上的六個(gè)廣角攝像機，覆蓋車(chē)身周邊的所有區域，通過(guò)ARM的高速運算，獲取六個(gè)攝像機拼接關(guān)系的參數信息，根據計算出的參數信息，產(chǎn)生全景俯視圖像。核心處理單元采用的是TI公司的性?xún)r(jià)比較高的多媒體處理器DM642。

　　DM642捕獲到6路源圖像后，通過(guò)視頻解碼器TVP5150進(jìn)行解碼通過(guò)ARM進(jìn)行圖像參數信息合成處理，處理完的全景成像信息通過(guò)視頻端口輸出，并在顯示器上顯示。視頻顯示過(guò)程與視頻捕獲相反，多媒體處理器DM642處理的數字視頻，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彈武器特裝車(chē)輛，保障車(chē)輛的行車(chē)安全，并實(shí)時(shí)地記錄車(chē)輛的行駛軌跡，為考核系統提供基本依據。

2.4 訓練考核子系統的設計

　　訓練考核系統主要是針對導彈武器特裝車(chē)輛的駕駛技能進(jìn)行的訓練與考核，訓練并考察駕駛員對車(chē)輛的熟悉程度、操作準確度、對車(chē)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(shí)，為用戶(hù)提示如何進(jìn)行操作，操作的要點(diǎn)，誤操作帶來(lái)的后果，以及如何對特殊情況進(jìn)行處置。在考核模式中，程序將不會(huì )出現任何提示，只在后臺詳細記錄駕駛員操作動(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(jì)的評定。

3 系統軟件設計與實(shí)現

　　針對火箭軍導彈武器特裝車(chē)輛的特點(diǎn)，結合系統硬件的設計，選用Microsoft C#.NET為開(kāi)發(fā)工具，采用模塊化編程方法，將軟件系統劃分為系統軟件、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。

　　系統軟件由引導程序(Boot Loader)、Linux操作系統和FPGA編程三部分組成，實(shí)現對其他設備的控制、監視和管理等功能，其中引導加載程序在完成啟動(dòng)功能后就退出消失。

　　主控軟件由衛星定位軟件、激光測距軟件和全景成像軟件三部分組成。衛星定位軟件完成對衛星定位模塊采集到定位信息數據進(jìn)行處理，得出定位信息;激光測距軟件通過(guò)對內部門(mén)電路的傳播延時(shí)控制來(lái)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據的采集、處理和輸出等功能。

　　通信軟件由網(wǎng)絡(luò )通信模塊、總線(xiàn)驅動(dòng)模塊和視頻傳輸模塊三部分組成，實(shí)現下位機與上位機之間以及網(wǎng)絡(luò )通信功能、總線(xiàn)驅動(dòng)程序的加載、視頻的傳輸等功能。

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

4 結論

　　本文研制的導彈武器特裝車(chē)輛輔助駕駛與監控考核系統設計新穎、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70周年國慶閱兵的裝備方隊訓練中得到應用，圓滿(mǎn)完成了相關(guān)特裝車(chē)輛駕駛員的培訓考核任務(wù)和國慶閱兵裝備方隊的訓練培訓任務(wù)，如圖5所示。應用結果表明，系統運行較穩定，立足于特裝車(chē)輛輔助駕駛及考核訓練保障，用較低的成本，完成多車(chē)輛的多通道實(shí)時(shí)計時(shí)、定位、監控、考核評價(jià)功能，并能準確測量勻速、標齊、等距等裝備方隊行進(jìn)參數。該系統為部隊導彈特裝車(chē)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(chē)輛駕駛培訓費用，提高了特裝車(chē)輛駕駛訓練效果，具有重大的軍事意義和較大的經(jīng)濟效益。

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