0 引言

    單兵戰(zhàn)術是士兵在戰(zhàn)斗中的基本動作^[1]，單兵戰(zhàn)術訓練主要錘煉戰(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，充分地利用地形地物，保存自己，消滅敵人，是戰(zhàn)術訓練的基礎和核心，是構成部隊戰(zhàn)斗力的基本要素。單兵戰(zhàn)術動作主要包括單兵戰(zhàn)術基礎動作、單兵戰(zhàn)斗動作和40 m單兵戰(zhàn)術等^[2]。40 m單兵戰(zhàn)術是單兵戰(zhàn)術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，目的是檢驗士兵的技術、戰(zhàn)術水平和體能^[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。

    近年來，圍繞單兵戰(zhàn)術訓練的研究不斷取得新的進展^[4]，然而，傳統的單兵戰(zhàn)術訓練考核系統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一及誤判概率大的問題。此外，訓練數據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)術訓練數據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據進行綜合分析對比。傳統單兵戰(zhàn)術訓練考核系統采用鐵絲網模擬實戰(zhàn)環(huán)境，以受訓者是否觸碰鐵絲網作為判定依據，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)術訓練效果，是亟待解決的關鍵問題。

    針對以上問題，本文基于嵌入式系統平臺設計并實現了一種單兵戰(zhàn)術訓練考核系統。該系統利用多對主動式對射紅外線光探測器代替?zhèn)鹘y鐵絲網對訓練者的進入、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，動作要領是否規(guī)范。該系統手持終端之間、手持終端與后臺之間使用無線通信連接進行數據傳輸，簡單方便，考核人員可以下載、上傳數據，可以實現組網需要，為后臺管理的建立、數據傳輸服務。測試表明，該系統可以較好地解決當前單兵戰(zhàn)術訓練考核系統中存在的問題。

1 系統總體技術方案

    從系統功能角度，該系統由以下7個基本單元構成：支撐結構、光電傳感、信號連接、信號處理、信息傳輸、考核統計、操作顯示。如圖1所示。

    其中，支撐結構單元通過設計專門的結構，完成訓練條件的建立，光電設備的安裝、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。信息傳輸單元實現手持終端與最后沖刺模塊之間的數據信息傳輸?？己私y計單元對訓練完成數據、違規(guī)數據、個人信息進行統計分析、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、顯示數據。

1.1 系統總體框架

    該系統框架主要由低姿匍匐支架、側身匍匐支架、支架檢測單元、手持終端等部分構成。系統總體框架如圖2所示。

    低姿、側身匍匐支架各由4個獨立單元構成，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，并將數據傳輸至無線手持終端。相對于傳統的鐵絲網高、低匍匐支架，本文設計的低姿、側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 系統電路組成

    系統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檢測單板構成。在出入口的高度架上安裝紅外感應傳感器，用于檢測開始進入和結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檢測模塊的數據最后匯總成兩路RS232發(fā)送到匍匐前進部分的末端位置的STS1轉發(fā)板上，其中LDM1_1/LDM1_2/LDM1_3/LDM1_4整合成為第一組數據,LDM1_6/LDM1_7/LDM1_8/LDM1_9組合成為第二組數據；STS1轉發(fā)板將收到的數據通過無線數傳模塊發(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 數據采集與傳輸

    根據實際應用需要，數據的上傳下載應采用無線通信的方式。因此，本文設計了與系統配套使用的無線手持終端。無線手持終端采用一體化設計，包括5部分：鍵盤、顯示、內部處理板、無線發(fā)射模塊、結構接口，分別用于輸入、輸出、顯示、控制、數據處理。無線手持終端通過無線與高低匍匐單元、沖刺部分通信，與考核統計平臺相聯。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據傳輸單元實現對系統內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各單元進行協調控制，并將信息實時傳輸給控制終端。

    模塊可隨時中止或結束測試，全面接收CPU處理單元實時傳輸的數據，與數據庫內的數據進行比對，對整個系統的運行情況進行實時監(jiān)控，結合人工評定形成最終成績，并根據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，一是將系統內部各單元間的信號相互傳輸，保障系統各單元中保存信息的一致性、調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、結束時間、完成總時長以及完成過程中的犯規(guī)次數、判定結果，同時提供語音服務，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 數據分析

    為了驗證所設計系統的可行性與準確性，對10組考核人員同時采用兩種不同的考核方式進行了數據采集與分析對比。其中，第一種考核方式為傳統的考官計時及犯規(guī)統計，第二種考核方式為單兵戰(zhàn)術訓練考核系統計時及犯規(guī)統計。表1及表2分別給出了兩種考核方式時間及犯規(guī)次數對比。

    通過觀察表1及表2發(fā)現，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束，按鍵是需要時間的。因此，采用所設計系統的計時準確性優(yōu)于人工計時。

    從兩種考核方式犯規(guī)行為統計來看，第二種考核方式判斷犯規(guī)行為總體次數為78次，第一種考核方式判斷犯規(guī)行為總體次數為58次，這是因為考官判斷具有更多的主觀意識，動作判定標準不統一，采用所設計的電子系統判斷更加準確、客觀。因此，采用所設計系統的犯規(guī)次數判斷準確性優(yōu)于人工方式。

4 結論

    傳統單兵戰(zhàn)術訓練考核主要由人工計時及判定，存在計時不精確、標準不統一、數據采集分析效率低、錯誤率高等問題。為了解決上述問題，基于MCU/FPGA平臺設計了一種單兵戰(zhàn)術訓練考核系統，該系統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據的采集傳輸，提高了數據匯總分析效率。測試數據進一步驗證了所設計系統的準確性。

參考文獻

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[6] 解新成，周銳.軍事訓練數據建設與運用問題研究[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有限公司，四川 成都610044）