[发明专利]一种捷联惯性导航计算机测试系统及实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种捷联惯性导航计算机测试系统及实现方法，属于导航设备测试领域。

背景技术

惯性导航系统可以连续地提供姿态、速度和位置等导航参数，具有较高的短期精度和良好的稳定性，应用领域广泛。惯性导航系统的主要缺点是导航定位误差随时间累积，导航误差主要由惯性传感器的精度、导航算法的精度以及运载体的运动动态特性决定。随着科技的进步，惯性导航与制导技术已成为航空、航天和航海领域中的核心技术，其发展水平也己经成为衡量一个国家国防科技实力的重要标尺。

捷联惯性导航系统由载体上固联的惯性传感器、导航计算机和显控设备等组成。导航计算机是捷联惯导系统的核心部分，负责数据接收、处理、解算、输出等工作。为了能更加精确地测试导航计算机的初始对准、航姿解算、故障检测等导航算法的精度以及可靠性，需要对导航计算机的性能进行大量的静态和动态测试试验。

传统的导航计算机性能测试试验需要运动载体上各种真实传感器的实时、同步数据，测试成本高，通用性低，同时由于环境和人为因素会导致试验结果无法复现。因此，有很多研究人员采用软件仿真形式验证导航计算机性能，节约了测试成本，提高了测试效率，但是没有考虑到硬件接口的传输与导航计算机硬件的可靠性问题。同时，有一些研究人员在实验室采用将惯性传感器放置于三轴转台上模拟载体运动，并利用此惯性传感器信号测试导航计算机性能，实现了对于导航计算机硬件的测试，但无法验证导航计算机的动态性能。

发明内容

本发明针对传统的导航计算机测试通用性和灵活性不高，测试结果不可复现的问题，动态测试耗费资源、成本高的问题，提出了一种捷联惯性导航计算机测试系统及实现方法，通过航迹仿真反推惯性传感器理论输出，理论输出加入误差后作为模拟接口的数据源。本发明可设置不同动态下的惯性传感器输出，解决了纯数字仿真方法无法验证系统可靠性的问题。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：

一种捷联惯性导航计算机测试系统，包括运动轨迹仿真模块、惯性器件参数设定模块、惯性器件数据仿真模块、数据格式转换与存储模块、测试系统控制模块、误差分析模块、数据缓冲模块、惯性数据封装模块，数据同步触发模块和数据发送模块；其中，惯性器件参数设定模块和运动轨迹仿真模块分别与惯性器件数据仿真模块连接，惯性器件数据仿真模块分别与误差分析模块、数据格式转换与存储模块连接，数据格式转换与存储模块和测试系统控制模块分别通过PCI总线与数据缓冲模块连接，数据缓冲模块通过PCI总线与误差分析模块连接，数据缓冲模块分别与数据同步触发模块和惯性数据封装模块连接，数据同步触发模块和惯性数据封装模块分别与数据发送模块连接。

一种捷联惯性导航计算机测试系统的实现方法，包含以下步骤：

步骤1、在计算机上选择Microsoft Visual C++开发平台设计上位机软件，通过该软件设定运动轨迹参数和惯性传感器及其接口参数，包括：

(1)设置载体运动时长，即航迹仿真时间；

(2)设置载体运动的轨迹参数；

(3)设置惯性传感器种类、误差、输出更新率参数；

(4)设置模拟的惯性传感器接口的通信格式。

步骤2、根据运动轨迹反推惯性传感器理论输出，加入惯性传感器误差后生成最终实际输出数据并存储，包括：

(1)读取步骤1中通过上位机设定的运动轨迹参数，反推出加速度计和陀螺仪理论输出；

(2)根据用户设置的惯性传感器参数推导出陀螺仪和加速度计误差；

(3)将陀螺仪和加速度计的理论输出与误差进行合成，得到带有误差的加速度计和陀螺仪输出，即模拟的惯性传感器的实际输出；

(4)按照用户设置的器件输出更新周期将模拟的惯性传感器的实际输出结果保存文件；

步骤3、基于FPGA设计开发测试系统的硬件平台，FPGA硬件平台根据步骤1中对于惯性传感器接口的设置，完成对模拟接口的输出格式与通信协议的配置，完成硬件初始化，进入待命状态，随时可以启动测试。包括：

(1)设置模拟的接口有效电平；

(2)设置模拟的通讯接口传输协议；

(3)设置惯性传感器输出数据包的长度、更新周期、帧头、帧尾和校验方式信息；

(4)上位机通过PCI总线与FPGA进行通信，以FPGA扩展存储器作为硬件端数据缓冲区，按照器件类型划分区域，分别存储加速度计、陀螺仪和温度数据；在初始化阶段，上位机首先向缓冲区各区域填满数据，为测试做好准备；