【摘 要】
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近年来,在全面推进国防与军队现代化建设的时代背景下,对于军事训练实战化水平的整体要求也在逐渐提高。针对我国重型武器弹药的测试训练,传统靶场中的固定式训练靶标与轨道式移动训练靶标存在着一定的局限性,难以满足实战化的军事训练需求,因此研制一种能够模拟战场上真实目标特性的地面无人车辆靶标对于我国重型武器弹药的实战化测试训练有着积极的推动作用。基于上述问题,本文设计了一种地面无人车辆靶标的运动控制系统与安
【基金项目】
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某科工局的《地面群XXX技术研究》项目项目编号:90501200013；
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近年来,在全面推进国防与军队现代化建设的时代背景下,对于军事训练实战化水平的整体要求也在逐渐提高。针对我国重型武器弹药的测试训练,传统靶场中的固定式训练靶标与轨道式移动训练靶标存在着一定的局限性,难以满足实战化的军事训练需求,因此研制一种能够模拟战场上真实目标特性的地面无人车辆靶标对于我国重型武器弹药的实战化测试训练有着积极的推动作用。基于上述问题,本文设计了一种地面无人车辆靶标的运动控制系统与安全保障系统。该车辆靶标除了能够实现自主的运动行为切换外,还具有速度快、通过性良好以及负重能力强等优点,同时还采用了仿形上装的车体外形设计方案以更好地模拟战场上的真实目标特性;除此之外,该车辆靶标还具有一定的安全性设计,以避免当道路上发生紧急情况时对周围生物以及靶标本体造成不必要的安全威胁。本文的主要工作内容如下:车辆靶标运动控制系统设计:（1）该系统整体采用模块化的设计方案,包括上位机模块、主控模块、执行模块以及供电模块,各模块间相互协调工作从而实现对车辆靶标运动行为的控制;（2）针对车辆靶标的总体技术指标要求,设计了通用电动汽车底盘的线控化改造方案,包括机械结构的设计以及执行机构的选型。车辆靶标安全保障系统设计:（1）针对汽车的紧急制动过程进行了基于动力学与运动学的理论分析并以此为依据建立了车辆靶标在不同路况下的纵向安全距离数学模型;（2）分析并对比了近年来在无人驾驶领域中常用的几种车载传感器技术方案,确定了使用77GHz毫米波雷达作为车辆靶标的前向路面信息感知机构;（3）完成了基于毫米波雷达碰撞区域检测的车辆靶标安全保障系统模块化方案设计,通过实际测试验证了该方案的可行性。车辆靶标主控模块硬件平台搭建:（1）完成了基于STM32F407VET6芯片的车辆靶标主控模块硬件电路框架设计,结合具体需求设计了单片机最小系统电路、电源管理电路以及外设接口电路;（2）电源管理电路采用了基于TPS5430DDAR芯片与AMS1117-3.3芯片的稳压电路设计方案,实现了24V、5V以及3.3V三种不同规格直流电压的输出,同时独立设计了两路最大输出电流分别为1A与3A的5V电源用以驱动不同的负载;（3）外设接口电路包括控制器局域网络（CAN）接口电路、通用异步收发器（UART）接口电路以及脉冲宽度调制（PWM）信号输出接口电路等,同时将主控芯片的空闲引脚对外引出作为预留接口的设计,增强了主控模块硬件平台的可扩展性。车辆靶标主控模块应用程序设计:（1）完成了基于Free RTOS嵌入式实时操作系统的主控模块应用程序框架设计,将整体程序划分成7个任务以实现不同的子功能,在方便了任务管理的同时也提高了程序运行的实时性;（2）通过对程序中使用到的协议内容进行解析进而完成了各控制任务的程序流程设计;（3）对程序进行了通信功能测试,验证了程序设计的正确性与实时性。
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