CN110823618A - 多平台协同感知试验装置与试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多平台协同感知试验装置，包括：含安装夹具的测试平台集成模块、测量校准模块、伺服控制模块、数据交互模块、目标模拟模块以及主控单元；本发明还公开了一种多平台协同感知试验装置的实验方法，本发明通过分析协同感知的关键影响因素，建立一种精确可控的协同感知集成试验装置，可构建协同感知试验室环境，改变目前较为松散的协同感知测试验证工作方法与工作模式。

Description

多平台协同感知试验装置与试验方法

技术领域

本发明涉及协同感知技术领域，特别是一种多平台协同感知试验装置与试验方法。

背景技术

智能化无人设备是世界各国目前军民领域发展的热点，目前主要包括空中无人装备、地面无人装备、水面无人装备和水下无人装备。各种单一的智能无人装备的平台技术发展速度较快，已经得到广泛运用，尤其是无人机、无人车辆和无人船的应用最为普遍。正是基于无人机、无人车、无人地面机器人和机器动物等飞速发展的趋势和现状，智能化无人集群系统的概念开始被关注。无人集群系统的一个重要运用是如何让多个无人平台对复杂场景下的目标进行协同识别、定位等感知作业，如何对基于多平台多传感器协同的感知能力验证测试是一个迫在眉睫的问题。

现有多平台多传感器协同感知验证和测试主要存在如下问题：

(1)在自主感知技术研究阶段，自主感知主要依赖于算法仿真手段进行测试评估，通过对多组既有图像或图像库中的同类型目标图像进行识别测试，其好处是能够对识别算法的性能进行大样本测试，不足是仅仅能够满足识别算法测试的要求，而缺乏针对感知系统测试的充分性，尤其是缺乏考虑平台性能约束对感知效果的影响，如对感知过程中关键的定位环节的测试问题，往往只能通过精确链和融合算法误差传递分析得到一个性能指标概略值或区间分布。

(2)在自主感知技术试验室验证阶段，基于试验室环境中对协同感知的验证方法主要是构建模拟感知环境，架设原理样机系统，获取目标图像进行测试验证，主要为准静态过程，感知的动态性不突出，同时由于多为人为设置模拟场景，协同感知可控性差、模拟精度不高、测试效率较低，难以连续形成和获取多种状态的感知过程和结果，尤其是针对协同定位问题，更需要高精度的测量设备对目标定位结果进行分析判断。

(3)在自主感知实用化应用验证阶段，由于缺乏针对协同感知模式的感知能力的测试评估方法研究，既有的常规做法是基于算法原理构建完整的系统样机，针对应用场景在真实环境中构建模拟感知场景，或直接在实际应用环境中进行试用型测试，相关测试验证周期长，方法复杂，可获得的数据和样本有限，难以做到测试验证的充分性和覆盖性，增加了感知技术的评估、优化、改进的过程代价。

(4)针对协同感知问题，往往是先建立单平台的感知验证过程，获得各平台的感知信息，针对某一具体目标，不考虑获取的时间约束，仅从图像特征挑选不同角度、距离、分辨率的感知信息进行融合处理，或者以静态的方式同步对准目标，获取目标信息进行融合处理，不能反映真实的协同感知融合时空同步过程。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种多平台协同感知试验装置与试验方法，本发明通过分析协同感知的关键影响因素，建立一种精确可控的协同感知集成试验装置，可构建协同感知试验室环境，改变目前较为松散的协同感知测试验证工作方法与工作模式。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种多平台协同感知试验装置，包括：含安装夹具的测试平台集成模块、测量校准模块、伺服控制模块、数据交互模块、目标模拟模块以及主控单元，其中：

测试平台集成模块，安装有单个或多个感知试验对象，可以设置静态观测角度或动态观测初始条件，用于获取各感知试验对象相对于模拟目标的方位角、俯仰角的相对位置；

测量校准模块，用于实现对各感知试验对象和模拟目标的高精度位置、角度的动态测量；

伺服控制模块，用于实现对感知试验对象在感知过程中的相对运动控制；

数据交互模块，用于为各个感知实验对象之间、感知试验对象与主控单元之间提供协同数据交互；

目标模拟模块，用于实现对光学和红外目标特征模拟、背景模拟和目标运动特征模拟；

主控单元，用于设置任务场景、控制测试平台集成模块运动、接收感知信息完成融合处理，记录和分析试验数据。

作为一种优选的实施方式，所述测试平台集成模块还包括模拟目标和底座，所述底座上设有模拟目标的运动导槽和模拟目标的红外热源接口，底座上还设有安装有单个或多个感知试验对象的运动平台以及承载运动平台的导轨。

作为另一种优选的实施方式，所述底座的截面为圆形、矩形或梯形。

本发明还提供一种如上所述的多平台协同感知试验装置的试验方法，包括以下步骤：

(1)设置感知试验对象的初始位置，并调试观测的各角度；

(2)启动感知试验对象，主控单元根据需要上传和更新多种不同的感知算法和相关参数；

(3)对多个感知试验对象进行系统组网，形成协同工作模式；

(4)测量校准模块记录各个角度，并通过数据交互模块将其上传至主控单元，主控单元可形成虚拟空间相对位置关系；

(5)感知试验对象开始进行感知试验；

(6)主控单元接收各感知试验对象的实时数据，完成结果分析，给出结论。

作为一种优选的实施方式，所述感知试验对象兼顾光学感知和红外感知两种类型目标。

作为另一种优选的实施方式，在步骤(5)中，若感知试验为静态试验，则按照试验方案设置好初始条件后，获取图像信息，进行感知融合得到结果；若感知试验为动态试验，则通过脚本方式或遥控方式控制感知试验对象各角度、位置变化，或模拟目标的状态变化。

本发明的有益效果是：本发明针对目前协同感知系统缺少可以专门实现灵活适应多种感知装备的专用实验设备，本发明涉及到的专业测试验证平台独立于各感知试验对象本身，具备通用性、可扩展性可以用于多种类型的自主感知装备的协同工作，对各类应用场景和试验方案的灵活适应能力，能够实现面向不同场景和任务的最佳试验状态，提供各感知试验对象的网络数据交互接口，不特别要求协同感知对象具备数据组网能力，对试验对象的系统完整性要求适应度较高，对各试验对象的相对位置精确测量的能力，可为试验对象提供准确的协同感知工作参数。

附图说明

图1为本发明实施例中多平台协同感知试验装置的结构框图；

图2为本发明实施例中多平台的协同感知试验装置的组成示意图；

图3为本发明实施例中感知试验对象的安装结构示意图。

附图标记：

1、感知试验对象，2、模拟目标，3、底座，4、运动平台，5、导轨，6、角度刻度盘。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

实施例

影响多平台协同感知的关键因素在于与目标的相对角度关系，因此本实施例以模拟和建立协同感知角度和相对位置关系为基本思想，结合半实物仿真系统原理，对各角度进行伺服控制和测试，进而完成针对协同感知系统的验证。本实施例主要内容包括(1)协同感知专业测试验证平台设备(2)协同感知试验室建设方案。

如图1所示，一种多平台协同感知试验装置是一台可以灵活组装感知试验对象、模拟感知控制精度的专用设备，感知试验对象具有供电和数据传输的接口，通过数据传输可以获得感知试验对象的实时成像和模拟目标的定位信息，试验装置支持静态和动态协同感知试验验证多种模式，配备有主控单元和人机交互系统，能够生成和模拟感知任务，根据模拟场景，对模拟目标、感知试验对象的相对位置和角度进行实时模拟控制，试验装置具有伺服控制模块，能够响应控制指令驱动感知试验对象对准和跟踪模拟目标，模拟整个对模拟目标的检测、锁定和跟踪过程，

多平台协同感知试验装置集成了测试平台集成模块(含安装夹具)、测量校准模块、伺服控制模块、数据交互模块、目标模拟模块以及主控单元，主控单元用于设置任务场景、控制平台机构运动、接收感知信息完成融合处理，记录和分析试验数据等。

测试平台集成模块安装单个或多个感知试验对象，可以设置静态观测角度或动态观测初始条件，包含相对于模拟目标的方位角、俯仰角等相对位置；通过测量校准模块实现对各感知试验对象和目标的高精度位置、角度动态测量；通过伺服控制模块实现对试验对象在感知过程中的相对运动控制，伺服运动控制信号可通过试验测试对象或软件系统提供；通过数据交互模块为各个感知实验对象之间、感知实验对象与平台软件系统提供协同数据交互；通过目标模拟模块实现对光学和红外目标特征模拟、背景模拟和目标运动特征模拟(包含平移和转动)；通过平台软件系统实现整个协同感知过程的任务设置、过程控制、数据收集与分析；最终实现各种感知试验对象协同工作时的感知环节模拟和融合，实现多感知装备的协同工作。

基于上述的多平台协同感知试验装置的基本原理和方案，可将其放大、延伸至整个实验室空间，形成面向协同感知的试验室建设方案，满足相关协同感知专用试验室建设需求，实现灵活部署，满足更高逼真度的试验场景和试验方案

协同感知试验室建设方案是：将多平台协同感知试验装置的各组成部分分解部署到试验室空间内，试验室空间分为目标区、感知运动区、室内辅助定位和测量系统。其中目标区包含模拟目标模块+背景模拟模块，形成更为复杂的感知环境；感知运动区，提供轨道或轮式机动平台给感知试验对象安装使用；室内辅助定位和测量系统包括对目标和感知试验对象的室内定位和角度测量，用于感知定位结果分析使用。

下面对本实施例作进一步的说明：

多平台的协同感知试验装置的验证平台组成示意图如图2所示，测试平台集成模块，是平台的机械接口，有单个或多个感知试验对象1，还包括承载的模拟目标2(可小幅度移动)和起稳定作用的底座3(底座3上包含有模拟目标2的运动导槽和模拟目标2的红外热源接口)，底座3一般为圆形，根据需要可特别定制为矩形、梯形等多种形状，感知试验对象1安装于运动平台4上、承载运动平台4的导轨5等；在测量校准模块上配备水平仪、垂直仪可进行初始基准校准，同时具体实施时可以在底座3上配备角度刻度盘6、在伺服控制模块的各伺服运动机构中设置角度基准，能够精确的进行初始位置设定，并能够在运动过程中获取必要的角度信息；伺服控制模块，提供感知试验对象1的运动控制，包括导轨运动、上下运动、左右运动、前后运动等，主要由伺服电机、传感器、齿条丝杠或者是滚轮导轨配合等运动机构组成；数据交互模块，提供有线、无线等多种通信模式和串口、网口等多种数据通信接口，为协同感知过程提供数据通道；目标模拟模块，以高精度模型方式模拟目标，具有比基于图像信息进行测试验证更为逼真和真实的效果；主控单元，完成任务设定、数据采集与分析、识别、定位融合算法地面模拟集成测试、试验过程控制等内容。

本实施例的多平台协同感知试验装置的试验方法如下：

1)如图3所示，将感知试验对象1固定在通用安装板上，安装板有多个固定卡槽可以适应不同大小的传感器；

2)设置运动平台4初始位置，首先对准底座3上的角度刻度盘6，定好导轨5位置，再调试观测各角度，包含手动对准角度调节模式以及开机后驱动伺服机构模式；

3)启动感知试验对象1，主控单元可以根据需要上传和更新多种不同的感知算法和相关参数，不必重新拆装试验对象；

4)对多个感知试验对象1进行系统组网，形成协同工作模式；

5)测量模块记录各个角度，并传至主控单元，主控单元可形成虚拟空间相对位置关系；

6)感知试验对象1开始进行感知试验，若试验为静态试验则按照试验方案设置好初始条件后，获取图像信息，进行感知融合得到结果，其中可以手动调整运动平台4进行多次测试验证，或者更新模拟目标状态(位置角度等)；

7)模拟目标2可兼顾光学和红外两种类型目标，其中针对红外目标测试验证时，底座3可接插多个发热红外模拟模块，形成红外感知模拟目标；

8)主控单元可以将试验设置为动态试验，主要模拟识别定位目标瞬间的短时运动扰动影响，可以通过脚本方式或遥控方式控制运动平台4的各角度、位置变化，或目标的状态变化；

9)主控单元接收各感知试验对象1的实时数据，完成结果分析，给出结论，对于试验室状态，主控单元可分为感知主控单元和目标(含背景)两个专用席位，实行背靠背测试验证过程。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种多平台协同感知试验装置，其特征在于，包括：含安装夹具的测试平台集成模块、测量校准模块、伺服控制模块、数据交互模块、目标模拟模块以及主控单元，其中：

测试平台集成模块，安装有单个或多个感知试验对象，可以设置静态观测角度或动态观测初始条件，用于获取各感知试验对象相对于模拟目标的方位角、俯仰角的相对位置；

测量校准模块，用于实现对各感知试验对象和模拟目标的高精度位置、角度的动态测量；

伺服控制模块，用于实现对感知试验对象在感知过程中的相对运动控制；

数据交互模块，用于为各个感知实验对象之间、感知试验对象与主控单元之间提供协同数据交互；

目标模拟模块，用于实现对光学和红外目标特征模拟、背景模拟和目标运动特征模拟；

主控单元，用于设置任务场景、控制测试平台集成模块运动、接收感知信息完成融合处理，记录和分析试验数据。

2.根据权利要求1所述的多平台协同感知试验装置，其特征在于，所述测试平台集成模块还包括模拟目标和底座，所述底座上设有模拟目标的运动导槽和模拟目标的红外热源接口，底座上还设有安装有单个或多个感知试验对象的运动平台以及承载运动平台的导轨。

3.根据权利要求2所述的多平台协同感知试验装置，其特征在于，所述底座的截面为圆形、矩形或梯形。

4.一种如权利要求1-3任一项所述的多平台协同感知试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)设置感知试验对象的初始位置，并调试观测的各角度；

(2)启动感知试验对象，主控单元根据需要上传和更新多种不同的感知算法和相关参数；

(3)对多个感知试验对象进行系统组网，形成协同工作模式；

(4)测量校准模块记录各个角度，并通过数据交互模块将其上传至主控单元，主控单元可形成虚拟空间相对位置关系；

(5)感知试验对象开始进行感知试验；

(6)主控单元接收各感知试验对象的实时数据，完成结果分析，给出结论。

5.根据权利要求4所述的多平台协同感知试验装置的试验方法，其特征在于，所述感知试验对象兼顾光学感知和红外感知两种类型目标。

6.根据权利要求4所述的多平台协同感知试验装置的试验方法，其特征在于，在步骤(5)中，若感知试验为静态试验，则按照试验方案设置好初始条件后，获取图像信息，进行感知融合得到结果；若感知试验为动态试验，则通过脚本方式或遥控方式控制感知试验对象各角度、位置变化，或模拟目标的状态变化。

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