CN211478963U - 基于虚拟队形的编队靶车 - Google Patents

Abstract

提供一种基于虚拟队形的编队靶车，本实用新型中的编队靶车组由指挥车通过中继车进行统一指挥，采用虚拟队形结合精确逼近的原理对编队靶车组车辆进行位移控制，使编队车辆组中的各车辆自行微调自身的实际位置与虚拟位置趋向重合，保证编队中各车辆在行进时保持精确地阵列形状，能够满足导弹打靶的需要。

Description

基于虚拟队形的编队靶车

技术领域

本实用新型属于自动驾驶技术领域，具体涉及一种基于虚拟队形的编队车辆驾驶靶车。

背景技术

通常对于较小的移动靶标,一般用一辆靶车就可以完成模拟，对于大型移动目标的模拟必需要用多辆靶车编队同步运行才有可能完成。为了使模拟的效果逼真，编队中的靶车必须要在行进中保持一定的间距。

目前，编队驾驶都是采用直接测距进行速度跟踪，由于前方车辆的行驶速度是变化的，跟随过程中车速也必须做相应的变化。但因车辆的实际控制系统必定具有一定的超调量，且其动力系统还存在较大的响应时间，当编队中后方的车辆在跟随前方变速行驶的车辆时，就会出现车距的震荡，严重影响模拟的效果。显然，对于需要保持高精度间距的快速行驶的靶车编队，车距震荡现象的存在是完全不能接受的。另外，靶车编队在转弯时需要保持原有的直线度，已知现有的自动驾驶技术都未涉及，必须给予解决。因此有必要提出改进。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题：提供一种基于虚拟队形的编队靶车，本实用新型中的编队靶车组由指挥车通过中继车进行统一指挥，采用虚拟队形结合精确逼近的原理对编队靶车组中的车辆进行位移控制，使编队车辆组中的各车辆自行微调自身的实际位置与虚拟位置趋向重合，保证编队中各车辆在行进时保持精确地阵列形状，能够满足导弹打靶的需要。

本实用新型采用的技术方案：基于虚拟队形的编队靶车，包括指挥车、中继车和编队靶车组，所述指挥车上设有主遥控电脑和多台与编队靶车组中靶车对应的遥测遥控装置，所述中继车和编队靶车组上设有无线电通讯设备，所述编队靶车组中的每辆车上都设有定位导航仪，所述指挥车上的遥控电脑和遥测遥控装置通过光缆或无线电方式与中继车和编队靶车组上的无线电通讯设备组成一个局域网；在做编队驾驶时，所述指挥车的自动驾驶仪CPU按照预先规定的队列间隔和既定路径生成一个虚拟的、运动的虚拟队形图并通过局域网传送给编队靶车组中的每辆靶车；所述编队靶车组中的各靶车都按照虚拟车队中对应的虚拟车的运行参数运行；所述指挥车的自动驾驶仪CPU 通过局域网收集编队靶车组中各靶车的实时定位信息、计算各靶车的实际位置与其在虚拟队形图中位置的偏差、并将偏差值发送给编队内所有对应靶车；所述编队靶车组中各靶车的自动驾驶仪CPU按照指挥车的自动驾驶仪CPU发来的位置偏差值微调自身车速且使自身的实际位置与虚拟位置趋向重合。

其中，所述指挥车、中继车和编队靶车组中的各靶车上都至少安装一套自组网无线电台和路由器；所述编队靶车组中每辆靶车都安装有卫星定位导航仪和数码摄像头。

进一步地，所述编队靶车组中的靶车上安装有应答式无线电测距仪，所述应答式无线电测距仪包括设于编队领队车上的应答式无线电测距仪的主机和设于其它靶车的应答机。

进一步地，在所述编队靶车组的行驶路径附近设有一个卫星导航地基增强站。

其中，所述编队靶车组中的各靶车包括自动驾驶仪、动力单元、转向控制单元和制动控制单元，所述动力单元采用电机驱动动力系统，所述转向控制单元采用电动或电液伺服转向系统，所述制动控制单元采用电控的气动或液压制动系统，所述各靶车上所有部件都不高出靶车车架，所述各靶车的上部为一个整体平面，所述编队靶车组中各靶车的整体平面上设有目标模拟源，所述各靶车的车架与其目标模拟源之间安装有一个回转盘，所述回转盘由一个方向伺服装置驱动。

或者，所述编队靶车组中的各靶车包括自动驾驶仪、动力单元、转向控制单元和制动控制单元，所述动力单元采用线控内燃机动力底盘，包括整车控制系统、总线控制的自动变速箱和内燃机及离合器组，所述转向控制单元采用总线控制的液压伺服转向系统，所述制动控制单元采用总线控制的气动或液压制动系统，所述编队靶车组中各靶车的车架上设有目标模拟源，所述各靶车的车架与其目标模拟源之间安装有一个回转盘，所述回转盘由一个方向伺服装置驱动。

为了减轻数据量对无线网络的压力，可以将所述虚拟车队中的虚拟车由编队靶车组中各对应靶车的自动驾驶仪自行产生，所述编队靶车组中各对应靶车的自动驾驶仪CPU按照事先确定的相同的速度曲线和车距沿既定行驶路径生成各自位置坐标与时间的函数，所述编队靶车组中各靶车在接到指挥车发出的开始命令后开始行进并按照预设的速度曲线加速至设定值，所述编队靶车组中各靶车的自动驾驶仪在行驶期间不断采集自身的即时实际位置坐标并与虚拟车的位置坐标进行比对、调节车速和方向且使靶车的实际即时位置与虚拟车的位置趋于重合。

本实用新型与现有技术相比的优点：

1、本方案中的编队靶车组由指挥车通过中继车进行统一指挥，采用虚拟队形结合精确逼近的原理对编队靶车组中的车辆进行位移控制，使编队车辆组中的各车辆自行微调自身的实际位置与虚拟位置趋向重合，保证编队中各车辆在行进时保持精确地阵列形状，能够满足导弹打靶的需要；

2、本方案中使用具有扩频技术的自组网无限电台组成的临时局域网，其抗干扰能力强，传输速率高，实现靶车编队中车辆之间信号稳定有效的传输；

3、本方案中采用无线电应答式测距和相应的算法，可以不依赖卫星定位导航而获得高精度的编队实时位置图，提高编队内数据获取的准确性。

附图说明

图1为本实用新型中纵向队列编队靶车组的驾驶示意图；

图2为本实用新型的控制系统示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型中，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

请参阅图1-2详述本实用新型的实施例：

实施例1：

基于虚拟队形的编队靶车，本实施例中采用一种纵向队列的编队靶车组3，如图1所示，其中包含有4辆靶车、一辆中继车2和一辆指挥车1，指挥车1是系统的控制中枢，内设主遥控电脑4以及与编队靶车组3中靶车数量对应的遥测遥控装置5。中继车2和编队靶车组3上设有无线电通讯设备，通过中继车2与编队靶车组3中各靶车联网构成一个完整的控制系统。每辆靶车都具有自动编队驾驶所需要的定位导航仪及自动驾驶仪11，定位导航仪一般采用卫星定位导航仪，在靶车路径附近设一个卫星导航地基增强站，中继车2是一个无线电中继站。为便于说明，假定编队靶车组3中各靶车上的定位导航仪的天线都安装

在车辆的俯视轮廓的几何中心。在编队靶车组3编队行驶之前，指挥车1 的主遥控电脑4首先在电子地图上规划好编队靶车组3的行进轨迹并发给每一辆靶车，然后按照任务要求生成一个虚拟的靶车编队坐标图也发给编队靶车组3中的各靶车，接着命令各靶车行进到各自在虚拟的靶车编队中对应的位置。正式开始打靶前几分钟，指挥车1按照预定的加速度和目标速度开动虚拟的靶车编队，并命令编队靶车组3中的各靶车也按照同样的速度V行进；期间指挥车1的主遥控电脑4通过无线电网络即时获取编队靶车组3中每辆靶车的实时即时位置坐标并与其在虚拟的靶车编队的坐标进行比对，将其差值δ及时发送给对应的靶车并作为其行进速度和方向的微调参数，使得编队靶车组3中各靶车迅速将自身的实际位置与在虚拟车队中的位置趋于重合。

为应付意外和特殊要求，编队靶车组3中的各靶车上还装有应答式无线电测距仪，在遇到异常情况，如卫星信号中断，指挥车1里的遥控驾驶员可以通过视频图像和靶车上传的车速、车距进行人工遥控驾驶。

实施例2：

本实施例为本编队靶车的控制系统，如图2所示。

大型导弹打靶是一项复杂的系统工程，各分系统的可靠性直接关乎试验的成败。对于无线电遥控系统来说，无线电网络的电磁空间是开放的，其可靠性就成了整个系统可靠性最关键的一环。为了确保无线电网络的可靠性，所述中继车2、编队靶车组3中的各靶车上以及指挥车1上都安装两台自组网无线电台和一台双万路由器8，所述两台自组网无线电台包括高频自组网电台 6和低频自组网电台7。为对抗干扰，高频自组网电台6与低频自组网电台7 的频带相差较远。工作时，两台自组网无线电台的无线网络都工作，根据实际环境网络通信协议规定其中一个为主网，另一个为备网，每个网络靶车上的自组网无线电台都会发送心跳信号，以供其它靶车判定网络是否正常。当主网工作正常时，各靶车并不重复响应备网传递的数据；当主网工作异常时，靶车上的自动驾驶仪CPU通过双万路由器8自动切换到备链，主链不畅通道自动尝试转为间接跳转。

安装在编队靶车组3中各靶车上的定位导航仪实时的将各靶车的位置和速度信息发给指挥车1的主遥控电脑4，由指挥车1根据预定的控制策略和方法计算出对各靶车的控制参数并适时发送给各靶车。在编队靶车组3行驶之前，指挥车1的主遥控电脑4首先在电子地图上规划好靶车编队的行进轨迹并发给每一辆靶车，然后按照任务要求生成一个虚拟的靶车编队坐标图也发给各靶车，接着命令各靶车行进到各自在虚拟的靶车编队中对应的位置。正式开始打靶前几分钟，指挥车1按照预定的加速度和目标速度开动虚拟的靶车编队，并命令各靶车也按照同样的速度V行进；期间指挥车1的主遥控电脑4通过无线电网络即时获取每辆靶车的实时即时位置坐标并与其在虚拟的靶车编队的坐标进行比对，将其差值δ及时发送给对应的靶车并作为其行进速度和方向的微调参数，使得各靶车迅速将自身的实际位置与在虚拟车队中的位置趋于重合。

在高可靠无线网络的支持下各靶车的自动驾驶仪11会根据指挥车1发出的指令，通过CAN总线自动控制靶车的动力单元12、转向控制单元13和制动控制单元14，完成对本车的自动操控。

实施例3：

对于模拟机动目标快速规避动作，本实用新型的纵向队列的编队靶车组3 的驾驶可以进行高速急转弯。在靶车编队行驶之前，指挥车1的主遥控电脑4 首先在电子地图上规划好编队靶车组3的行进轨迹并发给每一辆靶车，然后按照任务要求生成一个虚拟的靶车编队坐标图也发给各靶车，接着命令各靶车行进到各自在虚拟的靶车编队中对应的位置。正式开始打靶前几分钟，指挥车1按照预定的加速度和目标速度开动虚拟的靶车编队，并命令各靶车也按照同样的速度V行进；期间指挥车1的主遥控电脑4通过无线电网络即时获取每辆靶车的实时即时位置坐标并与其在虚拟的靶车编队的坐标进行比对，将其差值δ及时发送给对应的靶车并作为其行进速度和方向的微调参数，使得各靶车迅速将自身的实际位置与在虚拟车队中的位置趋于重合。由于各靶车的实际运动轨迹和方向及速度都是在对虚拟靶车进行跟踪，所以在转弯时每个靶车会因为各自在阵列中所处的位置不同出现方向及速度的差异，但整体上依旧可以精确保持靶车编队整体阵形不变。为防止在转弯时各车载目标模拟源的相对编队阵型的方向角不变，在靶车与目标模拟源之间安装有一个回转盘，回转盘由一个方向伺服装置驱动。

实施例4：

本实施例是一个可以不依赖高速无线电网络的精确驾驶实施例。

编队靶车组3中各靶车系统与实施例一、二、三基本相同，区别在于编队靶车组3中各靶车所需要的虚拟车是由各靶车自动驾驶仪11自行产生，按照事先确定的车距和相同的速度曲线，在各靶车自动驾驶仪的软件中设置一个能沿既定行驶路径随时间自动生成位置坐标的函数。在任务开始前，各靶车按照规定的间距停在道路上，编队靶车组3中的所有靶车在接到指挥车1发出的开始命令后，开始统一行动。在启动整步阶段，各靶车按照预设的速度曲线加速至设定值，行驶期间靶车自动驾驶仪不断采集自身的即时实际位置坐标，与虚拟车的位置坐标进行比对，对实际车速进行调节，使靶车的实际即时位置与虚拟车的位置趋于重合。

由于各靶车在执行打靶任务的启动时间一致，各靶车的虚拟车在进入靶道后将始终保持着相同的预设间距并具有相同的理论速度。此方法不必将定位信息传给指挥车1，也不需要指挥车1给各靶车发送修正量，对无线网络的要求很低，不需要使用先进的高速宽带网络。

任务结束段：对于编队靶车组3中各靶车的动力单元12采用电机驱动时，各车只要跟踪虚拟车制动直至停下就可以，减速度设定不要太大，以确保不会出现打滑为极限；对于编队靶车组3中个靶车的动力单元12采用内燃机动力的靶车，不但减速度不能太大，还需要各靶车按照从后到前的顺序依次开始进行制动，先拉大车距再驻车。这样做可以排除内燃机动力的靶车因制动力难于精确掌控的缺陷，确保不会出现追尾。

总之，本实用新型中的编队靶车组由指挥车通过中继车进行统一指挥，采用虚拟队形结合精确逼近的原理对编队靶车组车辆进行位移控制，使编队车辆组中的各车辆自行微调自身的实际位置与虚拟位置趋向重合，保证编队中各车辆在行进时保持精确地阵列形状，能够满足导弹打靶的需要。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其它实施方式。

Claims (7)

1.基于虚拟队形的编队靶车，其特征在于：包括指挥车(1)、中继车(2)和编队靶车组(3)，所述指挥车(1)上设有主遥控电脑(4)和多台与编队靶车组(3)中靶车对应的遥测遥控装置(5)，所述中继车(2)和编队靶车组(3)上设有无线电通讯设备，所述编队靶车组(3)中的每辆车上都设有定位导航仪，所述指挥车(1)上的遥控电脑(4)和遥测遥控装置(5)通过光缆或无线电方式与中继车(2)和编队靶车组(3)上的无线电通讯设备组成一个局域网；在做编队驾驶时，所述指挥车(1)的自动驾驶仪CPU按照预先规定的队列间隔和既定路径生成一个虚拟的、运动的虚拟队形图并通过局域网传送给编队靶车组(3)中的每辆靶车；所述编队靶车组(3)中的各靶车都按照虚拟车队中对应的虚拟车的运行参数运行；所述指挥车(1)的自动驾驶仪CPU通过局域网收集编队靶车组(3)中各靶车的实时定位信息、计算各靶车的实际位置与其在虚拟队形图中位置的偏差、并将偏差值发送给编队内所有对应靶车；所述编队靶车组(3)中各靶车的自动驾驶仪CPU按照指挥车(1)的自动驾驶仪CPU发来的位置偏差值微调自身车速且使自身的实际位置与虚拟位置趋向重合。

2.根据权利要求1所述的基于虚拟队形的编队靶车，其特征在于：所述指挥车(1)、中继车(2)和编队靶车组(3)中的各靶车上都至少安装一套自组网无线电台和路由器(8)；所述编队靶车组(3)中每辆靶车都安装有卫星定位导航仪(9)和数码摄像头(10)。

3.根据权利要求2所述的基于虚拟队形的编队靶车，其特征在于：所述编队靶车组(3)中的靶车上安装有应答式无线电测距仪，所述应答式无线电测距仪包括设于编队领队车上的应答式无线电测距仪的主机和设于其它靶车的应答机。

4.根据权利要求2所述的基于虚拟队形的编队靶车，其特征在于：在所述编队靶车组(3)的行驶路径附近设有一个卫星导航地基增强站。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的基于虚拟队形的编队靶车，其特征在于：所述编队靶车组(3)中的各靶车包括自动驾驶仪(11)、动力单元(12)、转向控制单元(13)和制动控制单元(14)，所述动力单元(12)采用电机驱动动力系统，所述转向控制单元(13)采用电动或电液伺服转向系统，所述制动控制单元(14)采用电控的气动或液压制动系统，所述各靶车上所有部件都不高出靶车车架，所述各靶车的上部为一个整体平面，所述编队靶车组(3)中各靶车的整体平面上设有目标模拟源，所述各靶车的车架与其目标模拟源之间安装有一个回转盘，所述回转盘由一个方向伺服装置驱动。

6.根据权利要求1-4中任意一项所述的基于虚拟队形的编队靶车，其特征在于：所述编队靶车组(3)中的各靶车包括自动驾驶仪(11)、动力单元(12)、转向控制单元(13)和制动控制单元(14)，所述动力单元(12)采用线控内燃机动力底盘，包括整车控制系统、总线控制的自动变速箱和内燃机及离合器组，所述转向控制单元(13)采用总线控制的液压伺服转向系统，所述制动控制单元(14)采用总线控制的气动或液压制动系统，所述编队靶车组(3)中各靶车的车架上设有目标模拟源，所述各靶车的车架与其目标模拟源之间安装有一个回转盘，所述回转盘由一个方向伺服装置驱动。

7.根据权利要求1所述的基于虚拟队形的编队靶车，其特征在于：所述虚拟车队中的虚拟车由编队靶车组(3)中各对应靶车的自动驾驶仪自行产生，所述编队靶车组(3)中各对应靶车的自动驾驶仪CPU按照事先确定的相同的速度曲线和车距沿既定行驶路径生成各自位置坐标与时间的函数，所述编队靶车组(3)中各靶车在接到指挥车(1)发出的开始命令后开始行进并按照预设的速度曲线加速至设定值，所述编队靶车组(3)中各靶车的自动驾驶仪在行驶期间不断采集自身的即时实际位置坐标并与虚拟车的位置坐标进行比对、调节车速和方向且使靶车的实际即时位置与虚拟车的位置趋于重合。

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