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原文传递平台式惯性导航系统模拟器的设计与实现

论文题名：	平台式惯性导航系统模拟器的设计与实现
关键词：	惯性导航系统;模拟器;潜艇;软件设计
摘要：	现代武器装备迅速发展，对装备的可靠性、稳定性和精度提出了更高的要求。如何模拟战场环境，在设备研制、调试和大中修阶段，为设备提供更真实、更全面的外部环境，对设备进行全面反复的检验，对设备研制、调试和维修是非常必要的。随着海军武器装备的不断发展，技术性能不断改善，精度要求越来越高，要求惯导系统提供非常可靠的位置、速度、航向、姿态等信息，使舰船安全和武器系统的精度有更可靠的保证。因此，研制相应的惯导信号模拟设备，准确了解惯导设备的工作状况，方便惯导设备的检查、调试是非常必要的。本文根据潜艇真航向测量系统对惯导信号模拟器的技术指标、功能等方面的要求，全面介绍了惯导信号模拟器的研制技术和实现途径。该模拟器具有友好的人机交互界面，能够以图表和仪表的形式动态显示导航信息，以三维动画形式显示潜艇的水下姿态。本文首先建立了平台式惯性导航系统模拟器仿真模块的数学模型，给出了系统的工作状态、工作方式、仿真时的工作原理，通过自制的PCII/O卡，实现了模拟器的控制与通信，通过轴角转换电路板，实现了惯导输出信号的模拟，并经过粗精通道，实现了同时通过RS232、RS422和以太网向用户发送多路惯导的数字和模拟信号。信号模拟器以模拟和数字形式发送仿真模拟的导航、姿态信息及状态信号，便于系统的研制、调试、验收、维护和保养。模拟输出静态、动态(各种航行状态、海况条件下)惯导系统的航向、水平姿态信息及其状态信号，以多极旋转变压器形式的模拟量向组合中心发送，且能通过RS422串口和以太网向组合中心发送上述信息的数字量。在本设备上模拟装订航向、纵摇、横摇、经度、纬度、时间、高度等数据，通过串口和以太网向用户发送，同时航向、纵摇、横摇信息以模拟量固态同步机形式向用外发送。而且，可在模拟输出的信息中加入各种误差模型，便于系统的研制、调试。各种信息显示，良好的人机交互界面。信号模拟器故障检测、显示、输出和报警。主控机的软件由5个功能模块组成。系统管理模块为软件主循环模块，完成模拟器主机初始化、各种接口的驱动、各种控制参数设置及其他软件模块控制等功能。仿真运算模块根据给定参数(起始位置、终止位置、航线等)产生模拟目标的运动轨迹，然后根据设定的目标速度和同步周期对轨迹采样，解算各轨迹点目标的运动状态，形成各运动参数。信号产生模块根据设定的参数和轨迹点相对位置及模拟系统的精度，形成输出信号幅度调整数据和信噪比调整数据，从而控制输出信号的幅度和信噪比大小，使模拟效果更加接近实际情况。按惯导各类输出信号的要求对各类信息进行编排，使输出符合惯导信号的接口要求。通信控制模块主要完成对网卡、422、对转换模块通信信号传输的控制，首先，对通信接口串口422、并口的状态进行检测，当检测到分系统处于通信准备好的状态，即开始发送信息；信息发送按时序进行，信息的接受为避免信息漏收和不全，采用循环访问排队的方式，给每个信息开辟储存区，在后台对信息进行接收，把信息直接放在缓冲区里，供系统处理调用。动态效果产生模块主要对三维图像运动进行驱动，是模拟的效果更加逼真，包括图像运动控制、光效果、前景缩放等。在模拟器的软件程序设计中，描述了模拟器的开发流程和软件结构，在VC++6.0环境下对软件的具体实现，利用3DStudioMAX技术建立潜艇的模型，利用OpenGL技术对潜艇水下运动姿态进行三维显示、潜艇水下运动轨迹的实时显示。使用这些技术，我们成功的研制出惯导信号模拟器，解决了真航向测量系统在实验室的维护、调试和检验的问题。
作者：	魏建仁
专业：	控制工程
导师：	孙尧;张意寿
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2009
正文语种：	中文