CN111497536B - 一种用于航空导弹测试的无人靶车系统及使用方法 - Google Patents

一种用于航空导弹测试的无人靶车系统及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了军事武器测试技术领域的一种用于航空导弹测试的无人靶车系统，该系统包括有远程控制子系统、牵引车自动驾驶子系统、带靶标的靶车子系统和远程自动脱钩子系统，本发明的应用将实现航空导弹研发测试和军事实战化训练过程对导弹打击功能和性能的自动化测试，有效降低测试成本，极大提高测试靶场在活动靶标系统保障方面的能力，对航空导弹武器系统的测试验证以及评价具有十分重要的意义，同时也将有力的提升现有靶场测试系统的智能化水平。

Description

一种用于航空导弹测试的无人靶车系统及使用方法
技术领域
本发明涉及军事武器测试技术领域，具体为一种用于航空导弹测试的无人靶车系统及使用方法。
背景技术
随着航空导弹研发对自动化、智能化的理解和需求不断提升，除了研究炮弹本体的新功能和算法之外，保证军事实战化测试的可靠与安全已成为其开发最大的难点。只有通过完善的自动化测试与评价，才能够尽早在研发阶段发现问题，挖掘隐藏的功能缺陷及不合理之处，才能够保证航空炮弹应用的功能完备性和有效性，从而保证其在军事战争中的绝对优势。智能无人驾驶靶车技术的开发与应用也就成为航空打击炮弹实战化训练和测试的重要支撑，能够更加有效减少测试成本消耗、提高测试安全性和测试系统的智能化程度，也就更具有现实和普世意义。
传统航空导弹打击测试以静止固定靶标为主，或有轨式、遥控式运动靶标。为了更加自动、安全、智能、高效且低耗的方式对航空导弹进行较为完备的打击测试，本发明设计一套智能无人化靶车系统。本发明所设计无人靶车系统的应用，将极大提高测试靶场在活动靶标系统保障方面的能力，对航空导弹武器系统的测试验证以及评价具有十分重要的意义，同时也将有力的提升现有靶场测试系统的智能化水平。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于航空导弹测试的无人靶车系统及使用方法，以解决上述背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于航空导弹测试的无人靶车系统，该系统包括有远程控制子系统、牵引车自动驾驶子系统、带靶标的靶车子系统和远程自动脱钩子系统；
远程控制子系统：用于测试用例定义、远程控制自动驾驶牵引车子系统驾驶模式、远程控制导弹发射、远程控制牵引钩的自动脱钩、远程接收打击测试报靶结果；
牵引车自动驾驶子系统：用于实现基于高精度组合定位的牵引车自动驾驶；
带靶标的靶车子系统：用于给定导弹的打击基准，远程报靶；
远程脱钩子系统：用于实现牵引车对靶车的拖拽行驶，接收远程脱钩指令，并实现自动脱钩。
优选的，所述远程控制子系统包括有远程端控制电脑和无线通讯模块；
远程端控制电脑：用于存储测试场地高精地图、测试用例选择、远程控制牵引车驾驶模式、远程控制航空导弹发射和接收来自带靶标靶车系统的远程报靶结果；
无线通讯模块：用于传输由远程控制电脑定义的测试用例到牵引车自动驾驶子系统的主控电脑、传输由远程控制电脑触发的航空导弹发射指令到导弹发射控制端、传输由远程控制电脑触发的远程脱钩指令到远程脱钩子系统和传输由带靶标靶车系统远程报靶模块输出的打靶测试结果。
优选的，测试用例选择包括有测试路径选择、测试工况设定、脱钩时刻设定、航空导弹发射时刻设定等。
优选的，所述牵引车自动驾驶子系统包括有高精度组合定位模块、自动驾驶控制模块和牵引车线控底盘模块；
高精度组合定位模块包括有基准站、移动站和卫星惯导组合定位终端；基准站通过GPS天线1接收定位数据进行位置校准，并通过通信天线1以广播的形式向外发送位置校准信息；移动站通过GPS天线2和3接收定位数据采用双天线模式，用于定向，同时通过通信天线2收听基准站广播的位置校准信息，实现RTK厘米级差分定位，输出低频位置和速度信息；卫星惯导组合高精度定位终端融合移动站的低频位置和速度信息、IMU惯导信息和车辆转向和速度信息实现高精度组合导航定位，输出高频位置、速度和姿态信息；
自动驾驶控制模块：用于接收远程发送的测试用例和高精度组合导航定位信息完成自动驾驶；
牵引车线控底盘模块：用于根据驾驶行为控制指令驱动车体行驶。
牵引车自动驾驶控制流程如下：
1)在自动驾驶模式下自动完成远程启动命令；
2)根据远程接收的测试用例提取测试路径和测试工况定义；
3)接收高精度组合导航定位信息，并完成初始位置和姿态校准；
4)根据测试参考路径和测试工况，完成速度规划；
5)结合测试参考路径和速度规划结果生成测试轨迹；
6)依据生成的测试轨迹进行驾驶行为规划，输出驾驶行为执行控制指令。
牵引车线控底盘模块主要用于根据驾驶行为控制指令驱动车体行驶，各组成部分详述如下：
1)线控转向：用于执行转向指令，完成轨迹跟踪控制中的转向行为，并反馈至卫星惯导组合高精度定位终端；
2)线控油门：用于执行速度指令，完成轨迹跟踪控制中的加速行为；
3)线控制动：用于执行速度指令，完成轨迹跟踪控制中的减速行为；
4)轮速编码：用于测量牵引车体实际的行驶速度，并反馈至卫星惯导组合高精度定位终端；
5)控制反馈中的速度信息和转向信息主要用于星惯导组合高精度定位终端的数据融合，以提高导航定位精度。
优选的，所述带靶标的靶车子系统包括有带靶标的车体、纠偏装置和远程报靶系统；
带靶标的车体：用于给定炮弹打击测试的目标基准；
纠偏装置：用于脱钩后导引靶车车体行驶，使其尽量沿直线行驶，不至于严重偏离测试路径，降低测试误差；
远程报靶系统：用于打击测试结果的上报，减少人工报靶环节，提高自动化程度和测试安全性。
优选的，所述远程脱钩子系统采用电磁式触发，所述远程脱钩子系统包括有牵引钩，所述牵引钩由电磁触发控制装置1、主动吸合装置2、被动吸合铁块3、牵引钩主体4、连杆5和钩体6组成，牵引钩主体4和电磁触发控制装置1固定在牵引车尾部，所述被动吸合铁块3通过细杆限位滑动设置在主动吸合装置2的前端部，所述钩体6铰接设置在牵引钩主体4的前侧，所述钩体6与牵引钩主体4形成钩手结构，所述连杆5活动贯穿牵引钩主体4背端，所述连杆5的前端铰接钩体6中部，所述连杆5的后端连接被动吸合铁块3)；
其中，牵引钩远程脱钩工作流程如下：
1)远程电磁式触发脱钩系统，安装在牵引车车体上；
2)牵引钩主体4和电磁触发控制装置1固定在牵引车尾部；
3)电磁触发控制装置1接收远程脱钩信号，主动吸合装置2断电，电磁力消失，被动吸合铁块3脱离主动吸合装置2，连杆5和钩体6因为不再受拉力作用，自由下落，脱钩过程结束。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、牵引车具有人工驾驶和自动驾驶两种工作模式，自动驾驶模式下牵引车根据远程端发送的测试参考路径和测试工况进行轨迹跟踪。
2、自动脱钩系统根据远程脱钩命令自动完成脱钩动作，脱钩系统的设计可以对测试过程中航空炮弹的打击进行有效地隔离，以保护自动驾驶牵引车，降低测试成本。
3、带靶标的靶车配置远程报靶模块，可实现对测试结果的自动化上传，提高测试系统的自动化水平。同时，靶车具有承受炮弹打击的外壳，有效降低导弹打击对靶车的破坏程度。
4、纠偏装置的设计用于脱钩后引导靶车车体行驶，使其尽量沿直线行驶，不至于严重偏离测试路径，从而起到降低测试误差的功能。
总之，本发明的应用将实现航空导弹研发测试和军事实战化训练过程对导弹打击功能和性能的自动化测试，有效降低测试成本，同时极大提高了测试靶场在活动靶标系统保障方面的能力，对航空导弹武器系统的测试验证以及评价具有十分重要的意义，同时也将有力的提升现有靶场测试系统的智能化水平。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明测试系统原理图；
图2是牵引车自动驾驶子系统原理图；
图3是带靶标的靶车子系统原理图；
图4是远程脱钩子系统原理图；
图5是牵引钩闭合状态结构图；
图6是牵引钩分离状态结构图；
图7是测试步骤流程图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1-电磁触发控制装置；2-主动吸合装置；3-被动吸合铁块；4-牵引钩主体；5-连杆；6-钩体。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
本发明提供一种技术方案：
(1)测试系统
如图1所示，本发明所设计的航空导弹测试系统主要包含：远程控制子系统、牵引车自动驾驶子系统、带靶标的靶车子系统和远程自动脱钩子系统。
上述子系统的系统原理如图2-4所示，各子系统在本发明中具体作用详述如下：
远程控制子系统主要包含：远程端控制电脑和无线通讯模块。
远程端控制电脑主要作用为：
1)存储测试场地高精地图；
2)测试用例选择，主要包括：测试路径选择、测试工况设定、脱钩时刻设定、航空导弹发射时刻设定；
3)远程控制牵引车驾驶模式，若选择牵引车自动驾驶模式，则可以远程启动牵引车；
4)远程控制航空导弹发射；
5)接收来自带靶标靶车系统的远程报靶结果。
无线通讯模块的主要作用为：
1)传输由远程控制电脑定义的测试用例到牵引车自动驾驶子系统的主控电脑；
2)传输由远程控制电脑触发的航空导弹发射指令到导弹发射控制端；
3)传输由远程控制电脑触发的远程脱钩指令到远程脱钩子系统；
4)传输由带靶标靶车系统远程报靶模块输出的打靶测试结果。
牵引车自动驾驶子系统的主要作用为：
1)根据远程端控制电脑远程发送的驾驶模式实现自动启动；
2)接收来自远程端控制电脑远程发送的测试用例；
3)实现自动驾驶，跟踪测试用例定义的测试路径以及测试速度；
4)利用牵引钩完成对靶车的牵引驱动。
带靶标靶车子系统的主要作用为：
1)利用牵引钩实现牵引行驶；
2)脱钩后依据惯性和纠偏装置继续行驶，直至停止或因炮击而被迫停止；
3)靶标用于给定炮弹打击基准；
4)远程报靶系统用于上传测试结果。
远程脱钩子系统的主要作用：
根据远程控制电脑触发的远程脱钩指令完成自动脱钩。有效隔离牵引车和带靶标靶车，降低导弹打击对自动驾驶牵引车的破坏程度，降低测试成本，提高测试自动化程度。
(2)牵引车自动驾驶子系统
如图2所示，牵引车自动驾驶子系统主要完成对测试用例定义的测试路径和测试工况的自动驾驶跟踪。子系统主要包括：高精度组合定位模块、自动驾驶控制模块、牵引车线控底盘模块。
简单来说，在自动驾驶模式下，自动驾驶控制模块接收来自远程控制端的测试用例，结合高精度组合定位模块进行轨迹规划和驾驶行为规划并输出跟踪控制指令，线控底盘模块接收控制模块的跟踪控制指令，完成自动驾驶。
结合图2对牵引车自动驾驶子系统详述如下：
高精度组合定位模块主要包括：基准站、移动站和卫星惯导组合定位终端。
1)基准站通过GPS天线1接收定位数据进行位置校准，并通过通信天线1以广播的形式向外发送位置校准信息；
2)移动站通过GPS天线2和3接收定位数据(双天线用于定向)，同时通过通信天线2收听基准站广播的位置校准信息，实现RTK厘米级差分定位，输出低频位置和速度信息；
3)卫星惯导组合高精度定位终端融合移动站的低频位置和速度信息、IMU惯导信息和车辆转向和速度信息实现高精度组合导航定位，输出高频位置、速度和姿态信息。
自动驾驶控制模块接收远程发送的测试用例(主要是测试路径和测试测试工况定义)和高精度组合导航定位信息完成自动驾驶。牵引车自动驾驶控制流程如下：
1)在自动驾驶模式下自动完成远程启动命令；
2)根据远程接收的测试用例提取测试路径和测试工况定义；
3)接收高精度组合导航定位信息，并完成初始位置和姿态校准；
4)根据测试参考路径和测试工况，完成速度规划；
5)结合测试参考路径和速度规划结果生成测试轨迹；
6)依据生成的测试轨迹进行驾驶行为规划，输出驾驶行为执行控制指令。
牵引车线控底盘模块主要用于根据驾驶行为控制指令驱动车体行驶，各组成部分详述如下：
1)线控转向：用于执行转向指令，完成轨迹跟踪控制中的转向行为，并反馈至卫星惯导组合高精度定位终端；
2)线控油门：用于执行速度指令，完成轨迹跟踪控制中的加速行为；
3)线控制动：用于执行速度指令，完成轨迹跟踪控制中的减速行为；
4)轮速编码：用于测量牵引车车体实际的行驶速度，并反馈至卫星惯导组合高精度定位终端；
5)控制反馈中的速度信息和转向信息主要用于卫星惯导组合高精度定位终端的数据融合，以提高导航定位精度。
(3)带靶标的靶车子系统
靶车子系统的设计主要是为了防止炮弹打击对牵引车的损坏，降低测试成本。如图3所示，主要包括：带靶标的车体、纠偏装置和远程报靶系统。
各组成部分详述如下：
1)带靶标的车体：用于给定炮弹打击测试的目标基准；
2)纠偏装置：用于脱钩后导引靶车车体行驶，使其尽量沿直线行驶，不至于严重偏离测试路径，降低测试误差；
3)远程报靶系统：用于打击测试结果的上报，减少人工报靶环节，提高自动化程度和测试安全性。
(4)远程脱钩子系统
远程脱钩子系统的设计主要是为了实现测试过程中自动化脱钩，脱钩后自动驾驶牵引车继续向前行驶，加大牵引车与靶车的距离，降低炮弹打击对牵引车的破坏，降低测试成本消耗。如图4所示，远程脱钩子系统采用电磁式触发，触发装置安装在牵引车车体上，可降低炮弹打击对系统的破坏，降低测试成本，提高测试自动化程度。
如图5和6所示，牵引钩机械结构组成如下：
1)牵引钩远程脱钩工作流程如下：
2)远程电磁式触发脱钩系统，安装在牵引车车体上；
3)牵引钩主体4和电磁触发控制装置1固定在牵引车尾部；
电磁触发控制装置1接收远程脱钩信号，主动吸合装置2断电，电磁力消失，被动吸合铁块3脱离主动吸合装置2，连杆5和钩体6因为不再受拉力作用，自由下落，脱钩过程结束。
基于本发明所设计牵引式无人靶车系统对航空导弹打击测试的实施步骤(见图7)如下：
Step1：系统初始化，主要完成测试系统(包括无线通讯模块)初始化和航空导弹发射系统初始化。
Step2：导弹发射及测试系统启动。导弹接收远程控制端的发射指令，并执行发射；测试系统接收远程控制端的测试用例，并启动牵引车自动驾驶系统。自动驾驶启动前要求牵引车被人工驾驶至测试路径起点位置，并由测试人员选择牵引车驾驶模式为自动驾驶模式。
Step3：牵引车远程启动，并根据测试用例定义的测试路径和测试工况进行自动驾驶轨迹跟踪。
Step4：远程控制端发送脱钩指令，远程脱钩系统接收远程脱钩指令并触发电磁式自动脱钩装置，完成自动脱钩。脱钩后自动驾驶牵引车继续向前行驶，带靶标的靶车车体靠惯性和纠偏装置引导行驶。
Step5：导弹对处于行驶状态下的靶车系统进行打击，打击基准为靶标。
Step6：导弹打击完成，远程报靶模块上传打击测试结果。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (3)

1.一种用于航空导弹测试的无人靶车系统的使用方法，其特征在于：该系统包括有远程控制子系统、牵引车自动驾驶子系统、带靶标的靶车子系统和远程自动脱钩子系统；
远程控制子系统：用于测试用例定义、远程控制自动驾驶牵引车子系统驾驶模式、远程控制导弹发射、远程控制牵引钩的自动脱钩、远程接收打击测试报靶结果；
牵引车自动驾驶子系统：用于实现基于高精度组合定位的牵引车自动驾驶，所述牵引车自动驾驶子系统包括有高精度组合定位模块、自动驾驶控制模块和牵引车线控底盘模块；
高精度组合定位模块包括有基准站、移动站和卫星惯导组合定位终端；基准站通过GPS天线1接收定位数据进行位置校准，并通过通信天线1以广播的形式向外发送位置校准信息；移动站通过GPS天线2和3接收定位数据采用双天线模式，用于定向，同时通过通信天线2收听基准站广播的位置校准信息，实现RTK厘米级差分定位，输出低频位置和速度信息；卫星惯导组合高精度定位终端融合移动站的低频位置和速度信息、IMU惯导信息和车辆转向和速度信息实现高精度组合导航定位，输出高频位置、速度和姿态信息；
自动驾驶控制模块：用于接收远程发送的测试用例和高精度组合导航定位信息完成自动驾驶；
牵引车线控底盘模块：用于根据驾驶行为控制指令驱动车体行驶，牵引车线控底盘模块各组成部分详述如下：
1）线控转向：用于执行转向指令，完成轨迹跟踪控制中的转向行为，并反馈至卫星惯导组合高精度定位终端；
2）线控油门：用于执行速度指令，完成轨迹跟踪控制中的加速行为；
3）线控制动：用于执行速度指令，完成轨迹跟踪控制中的减速行为；
4）轮速编码：用于测量牵引车车体实际的行驶速度，并反馈至卫星惯导组合高精度定位终端；
5）控制反馈中的速度信息和转向信息主要用于卫星惯导组合高精度定位终端的数据融合，以提高导航定位精度；
带靶标的靶车子系统：用于给定导弹的打击基准，远程报靶；
远程自动脱钩子系统：用于实现牵引车对靶车的拖拽行驶，接收远程脱钩指令，并实现自动脱钩；
所述带靶标的靶车子系统包括有带靶标的车体、纠偏装置和远程报靶系统，所述带靶标的车体的外壳为防护式外壳结构，所述远程报靶系统为抗爆黑匣子结构；
带靶标的车体：用于给定炮弹打击测试的目标基准；
纠偏装置：用于脱钩后引导靶车车体行驶，使其尽量沿直线行驶，不至于严重偏离测试路径；
远程报靶系统：用于打击测试结果的上报，减少人工报靶环节，提高自动化程度和测试安全性；
所述远程自动脱钩子系统采用电磁式触发，所述远程自动脱钩子系统包括有牵引钩，所述牵引钩由电磁触发控制装置（1）、主动吸合装置（2）、被动吸合铁块（3）、牵引钩主体（4）、连杆（5）和钩体（6）组成，牵引钩主体（4）和电磁触发控制装置（1）固定在牵引车尾部，所述被动吸合铁块（3）通过细杆限位滑动设置在主动吸合装置（2）的前端部，所述钩体（6）铰接设置在牵引钩主体（4）的前侧，所述钩体（6）与牵引钩主体（4）形成钩手结构，所述连杆（5）活动贯穿牵引钩主体（4）背端，所述连杆（5）的前端铰接钩体（6）中部，所述连杆（5）的后端连接被动吸合铁块（3）；
该方法包含以下步骤：
Step1：系统初始化，主要完成测试系统初始化和航空导弹发射系统初始化；
Step2：导弹发射及测试系统启动，导弹接收远程控制端的发射指令，并执行发射；测试系统接收远程控制端的测试用例，并启动牵引车自动驾驶系统，自动驾驶启动前要求牵引车被人工驾驶至测试路径起点位置，并由测试人员选择牵引车驾驶模式为自动驾驶模式；
Step3：牵引车远程启动，并根据测试用例定义的测试路径和测试工况进行自动驾驶轨迹跟踪；
Step4：远程控制端发送脱钩指令，远程自动脱钩子系统接收远程脱钩指令并触发电磁式自动脱钩装置，完成自动脱钩，脱钩后自动驾驶牵引车继续向前行驶，带靶标的靶车车体靠惯性和纠偏装置引导行驶；
Step5：导弹对处于行驶状态下的靶车系统进行打击，打击基准为靶标；
Step6：导弹打击完成，远程报靶模块上传打击测试结果；
Step7：测试系统接收远程报靶测试结果，测试完成，系统复位。
2.根据权利要求1所述的一种用于航空导弹测试的无人靶车系统的使用方法，其特征在于：所述远程控制子系统包括有远程端控制电脑和无线通讯模块；
远程端控制电脑：用于存储测试场地高精地图、测试用例选择、远程控制牵引车驾驶模式、远程控制航空导弹发射和接收来自带靶标靶车系统的远程报靶结果；
无线通讯模块：用于传输由远程控制电脑定义的测试用例到牵引车自动驾驶子系统的主控电脑、传输由远程控制电脑触发的航空导弹发射指令到导弹发射控制端、传输由远程控制电脑触发的远程脱钩指令到远程自动脱钩子系统和传输由带靶标靶车系统远程报靶模块输出的打靶测试结果。
3.根据权利要求2所述的一种用于航空导弹测试的无人靶车系统的使用方法，其特征在于：测试用例选择包括有测试路径选择、测试工况设定、脱钩时刻设定、航空导弹发射时刻设定。
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