文獻標識碼: A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.181840
中文引用格式: 田曉波,,張崇,楊朝斌. 一種基于嵌入式平臺的單兵戰(zhàn)術(shù)訓練考核系統(tǒng)[J].電子技術(shù)應(yīng)用,,2018,,44(12):28-31,35.
英文引用格式: Tian Xiaobo,,Zhang Chong,,Yang Chaobin. A soldier tactical training and examination system based on embedded platform[J]. Application of Electronic Technique,2018,,44(12):28-31,,35.
0 引言
單兵戰(zhàn)術(shù)是士兵在戰(zhàn)斗中的基本動作[1],,單兵戰(zhàn)術(shù)訓練主要錘煉戰(zhàn)士英勇頑強、不怕犧牲,、克服疲勞和連續(xù)作戰(zhàn)的意志品質(zhì),,充分地利用地形地物,保存自己,,消滅敵人,,是戰(zhàn)術(shù)訓練的基礎(chǔ)和核心,是構(gòu)成部隊戰(zhàn)斗力的基本要素。單兵戰(zhàn)術(shù)動作主要包括單兵戰(zhàn)術(shù)基礎(chǔ)動作,、單兵戰(zhàn)斗動作和40 m單兵戰(zhàn)術(shù)等[2],。40 m單兵戰(zhàn)術(shù)是單兵戰(zhàn)術(shù)考核的最常用成績評定形式,是融合智能,、技能,、體能為一體的綜合體現(xiàn),目的是檢驗士兵的技術(shù),、戰(zhàn)術(shù)水平和體能[3],、技能狀況,鍛煉士兵靈活處置各種情況的能力,,培養(yǎng)頑強的戰(zhàn)斗作風,,提高綜合素質(zhì)。
近年來,,圍繞單兵戰(zhàn)術(shù)訓練的研究不斷取得新的進展[4],,然而,傳統(tǒng)的單兵戰(zhàn)術(shù)訓練考核系統(tǒng)仍然采用人工方式進行計時與動作判定,,因此,,在計時方面存在不精確的問題,在動作判定方面存在標準不統(tǒng)一及誤判概率大的問題,。此外,,訓練數(shù)據(jù)采集是軍事訓練組織實施中的重要環(huán)節(jié)[5-6],由于單兵戰(zhàn)術(shù)訓練數(shù)據(jù)采用人工方式進行采集記錄,,因此其采集存儲效率低下,,錯誤概率較高,并且不利于后期對數(shù)據(jù)進行綜合分析對比,。傳統(tǒng)單兵戰(zhàn)術(shù)訓練考核系統(tǒng)采用鐵絲網(wǎng)模擬實戰(zhàn)環(huán)境,,以受訓者是否觸碰鐵絲網(wǎng)作為判定依據(jù),與實戰(zhàn)環(huán)境存在較大差異,。上述問題的存在嚴重影響了單兵戰(zhàn)術(shù)訓練效果,,是亟待解決的關(guān)鍵問題。
針對以上問題,,本文基于嵌入式系統(tǒng)平臺設(shè)計并實現(xiàn)了一種單兵戰(zhàn)術(shù)訓練考核系統(tǒng),。該系統(tǒng)利用多對主動式對射紅外線光探測器代替?zhèn)鹘y(tǒng)鐵絲網(wǎng)對訓練者的進入、離開,、沖刺以及完成過程中的違規(guī)觸碰信號進行采集,,以判斷訓練者通過全部掩體的時間,動作要領(lǐng)是否規(guī)范,。該系統(tǒng)手持終端之間,、手持終端與后臺之間使用無線通信連接進行數(shù)據(jù)傳輸,,簡單方便,考核人員可以下載,、上傳數(shù)據(jù),,可以實現(xiàn)組網(wǎng)需要,為后臺管理的建立,、數(shù)據(jù)傳輸服務(wù),。測試表明,該系統(tǒng)可以較好地解決當前單兵戰(zhàn)術(shù)訓練考核系統(tǒng)中存在的問題,。
1 系統(tǒng)總體技術(shù)方案
從系統(tǒng)功能角度,,該系統(tǒng)由以下7個基本單元構(gòu)成:支撐結(jié)構(gòu)、光電傳感,、信號連接,、信號處理、信息傳輸,、考核統(tǒng)計,、操作顯示,。如圖1所示,。
其中,支撐結(jié)構(gòu)單元通過設(shè)計專門的結(jié)構(gòu),,完成訓練條件的建立,,光電設(shè)備的安裝、相互間的連接,,以及滿足簡單的裝配,、使用、維護,。光電傳感單元采用多對主動式對射紅外線光探測器完成對基本戰(zhàn)術(shù)動作的限定,、完成情況監(jiān)測。信號連接及處理單元基于MCU/FPGA平臺完成各個信號的模塊間連接及對信號進行放大,、濾波,、處理,提取信息及判斷其特性,。信息傳輸單元實現(xiàn)手持終端與最后沖刺模塊之間的數(shù)據(jù)信息傳輸,。考核統(tǒng)計單元對訓練完成數(shù)據(jù),、違規(guī)數(shù)據(jù),、個人信息進行統(tǒng)計分析、報表,,并提供輸入操作,、顯示輸出接口,。操作顯示單元用于輸入、輸出,、顯示數(shù)據(jù),。
1.1 系統(tǒng)總體框架
該系統(tǒng)框架主要由低姿匍匐支架、側(cè)身匍匐支架,、支架檢測單元,、手持終端等部分構(gòu)成。系統(tǒng)總體框架如圖2所示,。
低姿,、側(cè)身匍匐支架各由4個獨立單元構(gòu)成,每個單元含有3組主動式對射紅外線光探測器,。其基本工作原理為:當受訓者觸碰到紅外線光探測器發(fā)出的紅外線時,,接收端即認定觸網(wǎng),并將數(shù)據(jù)傳輸至無線手持終端,。相對于傳統(tǒng)的鐵絲網(wǎng)高,、低匍匐支架,本文設(shè)計的低姿,、側(cè)身匍匐支架能夠更加真實地模擬實戰(zhàn),,并且對訓練者的進入、離開,、沖刺以及過程中的違規(guī)觸碰信號進行采集,,以判斷訓練者通過的時間,動作要領(lǐng)是否規(guī)范,。檢測判斷準確,、及時、處理高效,,將人為因素對考核成績的影響降至最低,。
1.2 系統(tǒng)電路組成
系統(tǒng)的電路部分由激光檢測模塊(Laser Detection Module,LDM),、手持顯示控制終端兩部分組成,,工作原理如圖3所示。
每個機械單元框架內(nèi)部安裝一個LDM檢測板,,用于檢測訓練考核時,,是否超越規(guī)定高度,傳感器連接于LDM檢測板上,,由檢測板判斷訓練時是否違規(guī),。其主要功能是:采用主動式紅外線傳感器對測試人的進入、離開以及訓練過程中的違規(guī)信號進行采集,,以判斷測試人員完成全部訓練的時間及訓練成績,,并通過內(nèi)部通信傳送給顯示控制終端,,以檢測規(guī)則觸發(fā)。檢測模塊LDM主要由光電傳感及MCU檢測單板構(gòu)成,。在出入口的高度架上安裝紅外感應(yīng)傳感器,,用于檢測開始進入和結(jié)束離開整個訓練器械單元的時間。
LDM使用RS232串口進行通信,,8個LDM檢測模塊的數(shù)據(jù)最后匯總成兩路RS232發(fā)送到匍匐前進部分的末端位置的STS1轉(zhuǎn)發(fā)板上,,其中LDM1_1/LDM1_2/LDM1_3/LDM1_4整合成為第一組數(shù)據(jù),LDM1_6/LDM1_7/LDM1_8/LDM1_9組合成為第二組數(shù)據(jù);STS1轉(zhuǎn)發(fā)板將收到的數(shù)據(jù)通過無線數(shù)傳模塊發(fā)送給顯示控制終端,。
檢測電路板原理如圖4所示,。其中的關(guān)鍵處理由MCU完成,多個檢測電路板電源并接,,RS232 采用發(fā)-收-發(fā)接力方式完成最終一路輸出,。MCU選用STM32F4系列單片機STM32F427ZI,檢測流程可以分為開機自檢,、訓練測試,、測試完成。其程序運行流程如圖5所示,。
2 數(shù)據(jù)采集與傳輸
根據(jù)實際應(yīng)用需要,,數(shù)據(jù)的上傳下載應(yīng)采用無線通信的方式。因此,,本文設(shè)計了與系統(tǒng)配套使用的無線手持終端,。無線手持終端采用一體化設(shè)計,,包括5部分:鍵盤,、顯示、內(nèi)部處理板,、無線發(fā)射模塊,、結(jié)構(gòu)接口,分別用于輸入,、輸出,、顯示、控制,、數(shù)據(jù)處理,。無線手持終端通過無線與高低匍匐單元、沖刺部分通信,,與考核統(tǒng)計平臺相聯(lián),。操作處理原理流程如下。
檢測接口部分完成對各檢測模塊LDM1的詢問發(fā)送,、接收信號處理,。
處理部分通過有線數(shù)據(jù)傳輸單元實現(xiàn)對系統(tǒng)內(nèi)部各單元信息的獲取,,通過對獲取信息進行初步的分析處理,利用傳輸單元對系統(tǒng)各單元進行協(xié)調(diào)控制,,并將信息實時傳輸給控制終端,。
模塊可隨時中止或結(jié)束測試,全面接收CPU處理單元實時傳輸?shù)臄?shù)據(jù),,與數(shù)據(jù)庫內(nèi)的數(shù)據(jù)進行比對,,對整個系統(tǒng)的運行情況進行實時監(jiān)控,結(jié)合人工評定形成最終成績,,并根據(jù)成績制定科學的訓練計劃,,組織進行專項訓練,節(jié)省訓練時間,,追求效率,。
傳輸部分主要發(fā)揮兩個作用,一是將系統(tǒng)內(nèi)部各單元間的信號相互傳輸,,保障系統(tǒng)各單元中保存信息的一致性,、調(diào)度的實時性和精確性。采用標準232接口芯片,,通過串口輸出測試訓練人員的開始時間,、結(jié)束時間、完成總時長以及完成過程中的犯規(guī)次數(shù),、判定結(jié)果,,同時提供語音服務(wù),發(fā)出提示聲,、報警聲等,。
供電部分采用自放電率低、放電電壓平穩(wěn),、循環(huán)壽命長久,、安全系數(shù)高的鋰電池進行供電,通過DC接口進行充電,,也可進行直充變壓式供電,。
其工作流程如圖6所示。
3 數(shù)據(jù)分析
為了驗證所設(shè)計系統(tǒng)的可行性與準確性,,對10組考核人員同時采用兩種不同的考核方式進行了數(shù)據(jù)采集與分析對比,。其中,第一種考核方式為傳統(tǒng)的考官計時及犯規(guī)統(tǒng)計,,第二種考核方式為單兵戰(zhàn)術(shù)訓練考核系統(tǒng)計時及犯規(guī)統(tǒng)計,。表1及表2分別給出了兩種考核方式時間及犯規(guī)次數(shù)對比。
通過觀察表1及表2發(fā)現(xiàn),,總體上第二種考核方式計時比第一種計時時間略短,,這是因為:第二種考核方式計時的開始與結(jié)束是由光電檢測器檢測到電信號變化以后通過無線模塊發(fā)送信號至顯示控制終端進行控制的,,速度較快;而考官人為控制秒表開始與結(jié)束,,按鍵是需要時間的,。因此,采用所設(shè)計系統(tǒng)的計時準確性優(yōu)于人工計時,。
從兩種考核方式犯規(guī)行為統(tǒng)計來看,,第二種考核方式判斷犯規(guī)行為總體次數(shù)為78次,第一種考核方式判斷犯規(guī)行為總體次數(shù)為58次,,這是因為考官判斷具有更多的主觀意識,,動作判定標準不統(tǒng)一,采用所設(shè)計的電子系統(tǒng)判斷更加準確,、客觀,。因此,采用所設(shè)計系統(tǒng)的犯規(guī)次數(shù)判斷準確性優(yōu)于人工方式,。
4 結(jié)論
傳統(tǒng)單兵戰(zhàn)術(shù)訓練考核主要由人工計時及判定,,存在計時不精確、標準不統(tǒng)一,、數(shù)據(jù)采集分析效率低,、錯誤率高等問題。為了解決上述問題,,基于MCU/FPGA平臺設(shè)計了一種單兵戰(zhàn)術(shù)訓練考核系統(tǒng),,該系統(tǒng)采用紅外探測器進行計時及動作犯規(guī)的判定,大幅度提高了精確性,。采用手持終端以無線傳輸的方式進行數(shù)據(jù)的采集傳輸,,提高了數(shù)據(jù)匯總分析效率。測試數(shù)據(jù)進一步驗證了所設(shè)計系統(tǒng)的準確性,。
參考文獻
[1] 李璋,,劉鶴松.運用動作技能形成規(guī)律組織單兵戰(zhàn)術(shù)基礎(chǔ)動作教學的探索[J].高等教育研究學報,2009(2):34-35.
[2] 黃麗娜,,彭本穩(wěn),汪靈,,等.“小教員”在單兵戰(zhàn)術(shù)基礎(chǔ)動作教學中的作用[J].第一軍醫(yī)大學分校學報,,2003(1):25-26.
[3] 閆子龍,王文勝,,鄭國威,,等.力量操訓練對單兵戰(zhàn)術(shù)動作影響效果研究[J].北京體育大學學報,2010(1):143-144.
[4] 張波.模塊化多功能武警單兵戰(zhàn)術(shù)背心革新[J].警察技術(shù),,2005(5):52-54.
[5] 楊博然,,張帥.軍事訓練數(shù)據(jù)采集探索[J].海軍兵種學術(shù),,2011(5):15-17.
[6] 解新成,周銳.軍事訓練數(shù)據(jù)建設(shè)與運用問題研究[J].華北軍事,,2013(1):43-46.
作者信息:
田曉波1,,張 崇1,楊朝斌2
(1.中國人民武裝警察部隊警官學院 信息通信系,,四川 成都610213,;
2.四川華展通信技術(shù)有限公司,四川 成都610044)