CN217902272U - 一种基于总线的智能靶车控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种基于总线的智能靶车控制系统，包括环境感知单元、位姿感知单元、导航控制单元、数据通信单元和CAN网关，其中环境感知单元、位姿感知单元通过以太网络与导航控制单元连接，导航控制单元、数据通信单元、CAN网关通过第一CAN总线网络实现互连，CAN网关、车辆线控底盘通过第二CAN总线网络实现互连。本实用新型具有功能单元独立，耦合度低，利于系统维护、升级和扩展等优点。

Description

一种基于总线的智能靶车控制系统

技术领域

本实用新型涉及智能靶车控制技术，具体涉及一种基于总线的智能靶车控制系统。

背景技术

随着当前智能化、信息化技术的快速发展，以无人驾驶技术为主导的无人驾驶车辆慢慢趋于成熟，在此技术发展的大环境下，用于军事训练和新型导弹试验的智能靶车发展迅速，逐步替代了以往采用固定轨道运行的移动靶车，增加了单车自主运行、多车协同运行和自主避障等功能，使得靶车具备多方向、多速度、多种行驶路径的运动特性，为军事训练和武器系统试验提供了较高智能化程度的模拟运动目标。

智能靶车的核心部件为控制系统，具备传感器数据采集与处理、行驶决策控制、安全控制、执行机构驱动和无线电通信等功能。目前针对智能靶车的控制系统，主要包括微处理器模块、传感器模块、执行机构驱动模块和通信模块，微处理器模块主要作用是接收和处理传感器数据，并根据处理的数据生成控制决策，引导执行机构驱动模块驱动车辆的动力、转向和刹车机构，实现对车辆行驶控制，同时微处理器模块可以通过通信模块获取无线遥控数据或程控指令。微处理器模块通过特定的数字信号接口和模拟信号接口与其他模块形成电气连接，其缺点在于功能扩展能力和系统兼容性差，通常新功能模块的增加会对微处理器模块的硬件造成较大改动，甚至重新设计，需要较大的人力资源投入，不利于定制化需求的快速稳定实现。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种基于总线的智能靶车控制系统。

实现本实用新型目的的技术解决方案为：一种基于总线的智能靶车控制系统，包括环境感知单元、位姿感知单元、导航控制单元、数据通信单元和CAN网关，其中环境感知单元、位姿感知单元通过以太网络与导航控制单元连接，导航控制单元、数据通信单元、CAN网关通过第一CAN总线网络实现互连，CAN网关、车辆线控底盘通过第二CAN总线网络实现互连。

进一步的，所述环境感知单元包括多线激光雷达和摄像机，多线激光雷达和摄像机分别通过以太网络与导航控制单元连接，向导航控制单元实时提供车辆行驶环境感知数据。

进一步的，所述位姿感知单元包括定位测向模块、惯性测量模块IMU和数传电台，惯性测量模块IMU和数传电台分别和定位测向模块连接，定位测向模块通过以太网络与导航控制单元连接，向导航控制单元实时提供GNSS/INS的组合定位数据和车身姿态数据。

进一步的，所述导航控制单元包括第一处理器模块、编队无线通信模块、示教按键和以太网络交换机，编队无线通信模块和示教按键分别与第一处理器模块连接，第一处理器模块通过CAN总线与CAN网关和数据通信单元连接，以太网络交换机连接第一处理器模块、环境感知单元和位姿感知单元，第一处理器模块依据环境和位姿感知数据、自身跟踪的路径信息和预置的车辆安全策略，实时生成车辆的控制参数，通过第一CAN网络传输至CAN网关，由CAN网关通过第二CAN网络控制车辆线控底盘执行车辆的转向、行进和刹车，实现自主路径跟踪和编队的协调控制。

进一步的，所述CAN网关包括第二处理器模块，第二处理器模块具有2路CAN物理接口，一路CAN接口与导航控制单元和数据通信单元连接组成第一CAN总线网络，另一路CAN接口与车辆线控底盘连接组成第二CAN总线网络。

进一步的，所述数据通信单元包括第三处理器模块和无线通信模块，无线通信模块连接于第三处理器模块，第三处理器模块通过第一CAN网络与导航控制单元和CAN网关连接，第三处理器模块通过无线通信模块与远端显控系统建立遥控遥测数据链路，响应远端显控系统发送的遥控指令、程控指令和配置参数，并将接收到的信息通过第一CAN网络共享至其他功能单元，实现各功能单元的协调控制与设置；同时通过第一CAN网络获取各功能单元的响应和状态数据，完成系统健康监控和数据缓存，并通过无线通信模块向远端显控系统发送实时状态数据和系统运行参数数据，用于远端显控系统显示和监控。

本实用新型与现有技术相比，其优点为：采用CAN总线网络为主、以太网络为辅的网络架构，各功能单元与靶车线控底盘的CAN接口连接，能够实现靶车自主运行、多车协同运行和自主避障等控制功能，具有功能单元独立，耦合度低的特点，利于系统的维护和升级。同时，基于总线设计的基础，可以方便在总线上增加其他专用功能单元，如红外特征单元和实弹命中检测单元，无需对已固化的功能单元进行硬件改动，大大提高了系统的扩展能力，有利于定制化需求的快速稳定实现。

附图说明

图1为基于总线的智能靶车控制系统的架构图；

图2为环境感知单元原理框图；

图3为位姿感知单元原理框图；

图4为导航控制单元原理框图；

图5为CAN网关原理框图；

图6为数据通信单元原理框图。

其中，各附图标记分别代表：环境感知单元1、导航控制单元2、位姿感知单元3、数据通信单元4、CAN网关5、车辆线控底盘6、多线激光雷达1-1、网络高清摄像机1-2、处理器模块2-1、示教按键2-2、编队无线通信模块2-3、网络交换机2-4、IMU3-1、电路3-2、定位测向模块3-3、处理器模块4-1、无线通信模块4-2、处理器模块5-1。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

如图1所示，一种基于总线的智能靶车控制系统，该控制系统为车载系统，包括环境感知单元1、位姿感知单元3、导航控制单元2、CAN网关5和数据通信单元4。环境感知单元1、位姿感知单元3通过以太网络与导航控制单元2连接，导航控制单元2、数据通信单元4、CAN网关5通过CAN1总线网络实现互连，CAN网关5、车辆线控底盘6通过CAN2总线网络实现互连。各功能单元通过总线完成之间的信息交换，实现资源共享、互操作和协同工作。

如图2所示，环境感知单元1包括多线激光雷达1-1和网络高清摄像机1-2。多线激光雷达1-1利用回波成像来构显被探测的物体，可以获取车辆周围的深度信息，输出包括线数、点密度、水平垂直视角、检测距离等参数，并将参数通过以太网络输出至导航控制单元2进行处理；网络高清摄像机1-2可以在一定视角内获取车辆行驶前方的环境图像信息，通过以太网络将相机图像数据输出至导航控制单元2进行LiDAR和Camera的数据融合， 提高环境感知的可靠性。

如图3所示，位姿感知单元3包括IMU3-1、电台3-2和定位测向模块3-3。定位测向模块3-3采用载波相位差分（RTK）技术，与电台3-2连接，接收定位基准站的RTCM差分数据，可为车辆实时提供精确的三维位置、速度和航向信息。IMU3-1与定位测向模块3-3连接，可测量三轴加速度和三轴角速度，通过对测量值的积分可以输出位移、速度和角度信息至定位测向模块3-3。定位测向模块3-3将三维位置、速度、航向信息及IMU3-1输出信息进行融合，实现基于GNSS/INS的组合定位，并通过以太网络将融合后的数据通过以太网络输出至导航控制单元2。

如图4所示，导航控制单元2包括处理器模块2-1、示教按键2-2、编队无线通信模块2-3和网络交换机2-4。处理器模块2-1与网络交换机2-4连接。处理器模块2-1与编队无线通信模块2-3连接。处理器模块2-1与示教按键2-2连接。具体的，处理器模块2-1通过RJ45接口分别获取环境感知单元1和位姿感知单元3输出的传感感知数据，经过数据融合与处理，结合示教采集路径或地图规划路径以及预置的车辆安全策略生成控制参数，并将控制参数通过CAN1网络传输至CAN网关5，由CAN网关5通过CAN2网络控制车辆线控底盘6执行车辆的转向、行进和刹车，实现车辆的路径跟踪和自主避障功能。处理器模块2-1通过I/O接口采集示教按键2-2的开关量信号，实现示教路径采集与存储功能。处理器模块2-1通过UART接口与编队无线通信模块2-3连接，与其它装载本控制系统的导航控制单元实现无线通信组网，实现多车的编队协同运行。处理器模块2-1能够从CAN1网络获取地图规划路径信息，控制率参数以及车辆执行机构反馈的数据。

如图5所示，CAN网关5包括处理器模块5-1。处理器模块5-1采用STM32F407型MCU，具有两个CAN接口，可实现控制系统的各功能单元和车辆线控底盘的数据共享。处理器模块5-1通过CAN1接口与导航控制单元和数据通信单元连接，采用CANOpen或自定义应用层协议，获取导航控制单元或数据通信单元发送的车辆转向、行进、刹车等控制参数，并将车辆控制参数翻译成车辆执行机构的控制协议指令，如CANJ1939协议，通过CAN2接口输出至车辆线控底盘，控制各执行机构动作。同时，处理器模块5-1能够通过CAN2接口获取车辆线控底盘各执行机构的动作状态，并将状态通过CAN1接口共享输出至导航控制单元或数据通信单元，用于导航控制单元的控制反馈和远端显控系统对车辆机构执行情况的显示。

如图6所示，数据通信单元4包括处理器模块4-1和无线通信模块4-2。处理器模块4-1和无线通信模块4-2连接。处理器模块4-1通过无线通信模块4-2与远端显控系统建立无线通信数据链路，能够响应远端显控系统发送的遥控指令、程控指令和配置参数，并将接收到的信息通过CAN1网络共享至其他功能单元，实现各功能单元的协调控制与设置。同时，数据通信单元能够通过CAN1网络获取各功能单元的响应和状态数据，依据数据的信息完成系统健康监控，数据缓存等服务，并能按照协议格式通过无线通信模块4-2向远端控制系统发送实时状态数据和系统运行参数数据，用于远端显控系统显示和监控。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种基于总线的智能靶车控制系统，其特征在于，包括环境感知单元、位姿感知单元、导航控制单元、数据通信单元和CAN网关，其中环境感知单元、位姿感知单元通过以太网络与导航控制单元连接，导航控制单元、数据通信单元、CAN网关通过第一CAN总线网络实现互连，CAN网关、车辆线控底盘通过第二CAN总线网络实现互连。

2.根据权利要求1所述的基于总线的智能靶车控制系统，其特征在于，所述环境感知单元包括多线激光雷达和摄像机，多线激光雷达和摄像机分别通过以太网络与导航控制单元连接。

3.根据权利要求1所述的基于总线的智能靶车控制系统，其特征在于，所述位姿感知单元包括定位测向模块、惯性测量模块IMU和数传电台，惯性测量模块IMU和数传电台分别和定位测向模块连接，定位测向模块通过以太网络与导航控制单元连接。

4.根据权利要求1所述的基于总线的智能靶车控制系统，其特征在于，所述导航控制单元包括第一处理器模块、编队无线通信模块、示教按键和以太网络交换机，编队无线通信模块和示教按键分别与第一处理器模块连接，第一处理器模块通过CAN总线与CAN网关和数据通信单元连接，以太网络交换机连接第一处理器模块、环境感知单元和位姿感知单元。

5.根据权利要求1所述的基于总线的智能靶车控制系统，其特征在于，所述CAN网关包括第二处理器模块，第二处理器模块具有2路CAN物理接口，一路CAN接口与导航控制单元和数据通信单元连接组成第一CAN总线网络，另一路CAN接口与车辆线控底盘连接组成第二CAN总线网络。

6.根据权利要求1所述的基于总线的智能靶车控制系统，其特征在于，所述数据通信单元包括第三处理器模块和无线通信模块，无线通信模块连接于第三处理器模块，第三处理器模块通过第一CAN网络与导航控制单元和CAN网关连接。

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