基于硬件接口激勵的慣性/衛星深組合導航系統的動態信息仿真方法
【技術領域】：
[0001] 本發明涉及一種基于硬件接口激勵的慣性/衛星深組合導航系統的動態信息仿 真方法，其屬于導航技術領域。
【背景技術】：
[0002] 慣性導航系統和衛星導航系統存在各自的原理缺陷，而慣性/衛星組合導航技術 將兩者結合，取長補短，提升了系統整體的導航精度和可靠性，因此組合導航技術一直是導 航領域中的研究熱點。其中，松組合與緊組合導航技術的原理相對簡單，已經得到了廣泛的 討論與應用。然而深組合導航技術由于將慣性信息引入衛星接收機環路內部，涉及算法設 計和硬件實現等多方面的研究內容，是當前組合導航技術研究中的難點。國內外科研機構 和研究人員圍繞深組合的原理實現和系統開發進行了大量的相關工作，其中圍繞深組合系 統的測試工作用于檢測系統的實際性能，是研制過程中的一個重要環節。
[0003] 測試一般分為靜態和動態測試，傳統的測試方法采用實際系統即真實的慣性導航 系統和衛星導航系統作為深組合系統的輸入，同時采用更高精度的導航系統作為參考系 統，用于比較融合效果的優劣。但顯然這種方法的效率較低，尤其是在系統開發階段頻繁地 進行實際跑車或是掛飛實驗會消耗大量的測試資源，成本較高。因此，有很多研究人員采用 軟件仿真的方式來進行深組合算法正確性的驗證，模擬慣性導航系統和衛星導航系統的數 據，在軟件平臺上進行靜態/動態測試。這樣的測試可以大大節約成本，但由于測試環境全 部是由軟件進行數字仿真，與真實應用的場合有很大的區別，僅能驗證算法的正確性，無法 保證系統在實際使用時的可靠性。迄今為止，尚未見到基于硬件接口激勵的慣性/衛星深 組合導航系統的動態信息仿真方法的報道。
【發明內容】
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[0004] 本發明提供一種基于硬件接口激勵的慣性/衛星深組合導航系統的動態信息仿 真方法，其針對深組合系統動態測試仿真環境與真實應用環境不匹配的問題，模擬了實際 工作環境下的系統輸入，解決了純數字仿真方法無法驗證系統可靠性的問題。
[0005] 本發明采用如下技術方案：一種基于硬件接口激勵的慣性/衛星深組合導航系統 的動態信息仿真方法，其包括如下步驟：
[0006] 步驟一、通過Matlab軟件生成模擬載體真實動態飛行的航跡；
[0007] 步驟二、將航跡數據包輸入給衛星信號發生器，生成對應于動態航跡的模擬GPS 或Beidou衛星射頻信號；
[0008] 步驟三、射頻信號經分路器分為兩路，一路信號通過低損耗射頻連接線發送至ARM 處理器板，產生與衛星信號時間同步的慣性器件數據并打包，再通過串口發送到深組合系 統，另一路信號直接通過射頻連接線發送至深組合系統；
[0009] 步驟四、基于DSP的慣性/衛星深組合系統接收上述模擬衛星信號與慣性器件輸 出數據信號，并進行數據融合，從而可以驗證系統動態性能。
[0010] 進一步地，所述步驟一包括如下步驟：
[0011] (1.1)設定載體飛行的起點位置和初始姿態角；
[0012] (1. 2)設定載體在每一個飛行階段的前向加速度，三軸姿態角速率，飛行階段包括 靜止、滑跑、起飛、爬升、巡航、轉彎、降落；
[0013] (1. 3)通過航跡遞推解算，獲得載體每一個離散時刻的位置、速度信息，保存為航 跡數據包。
[0014] 進一步地，所述步驟二包括如下步驟：
[0015] (2. 1)將步驟一中生成的航跡數據包轉換為衛星信號發生器可用的數據包格式；
[0016] (2. 2)將數據包加載入信號發生器的上位機軟件，選擇所需模擬的衛星導航系統， 設定仿真起始時間、仿真總時間、外部航跡數據包時間間隔、數據參考坐標系等基本信息， 生成TRK外部軌跡文件和RS頂場景文件；
[0017] (2. 3)在信號發生器的上位機軟件中加載RS頂場景文件，運行程序開始產生仿真 衛星射頻信號。
[0018] 進一步地，所述步驟三包括如下步驟：
[0019] (3. 1)將衛星射頻信號通過同軸電纜發送至分路器，產生兩路完全相同的信號，一 路通過同軸電纜發送至ARM處理器板，一路通過同軸電纜發送至深組合系統；
[0020] (3. 2)在ARM處理器板中首先由Ublox芯片進行衛星信號的處理和解算，獲得時間 同步標志即周內秒；
[0021] (3. 3)通過與Matlab航跡發生器相對應的航跡發生代碼，結合（3. 2)中的時間標 志反解出對應時刻的陀螺、加速度計輸出，保證慣性數據與衛星信號的時間同步；
[0022] (3. 4)將陀螺、加速度計輸出信息按照真實器件的輸出格式打包，并按照真實器件 的輸出頻率通過串口輸出至深組合系統。
[0023] 進一步地，所述步驟四包括如下步驟：
[0024] (4. 1)接收步驟三中的慣性器件數據和仿真衛星信號，進行信號解包；
[0025] (4. 2)運行慣性/衛星深組合系統，實時輸出導航解算結果并保存；
[0026] (4. 3)將系統輸出的導航結果與步驟一中的理想航跡進行對比，驗證系統在動態 條件下的導航精度，調整航跡或衛星信號的信噪比，依此過程可驗證系統在各類高動態和 弱信號條件下的實際性能。
[0027] 本發明具有如下有益效果：
[0028] (1)本發明提出的深組合系統動態測試仿真環境首次從真實器件接口的角度進行 設計，可在室內完成各種條件下的動態測試，解決了純數字仿真方法無法與系統真實工作 狀態對應的問題，具有很強的工程參考價值；
[0029] (2)本發明提出的仿真環境原理可靠，手段靈活，性能穩定，為深組合測試的實際 工作提供了新的思路和方法。
[0030] (3)本發明基于硬件接口激勵的慣性/衛星深組合導航系統的動態信息仿真方 法，相比于利用載體以及真實器件進行動態測試可以有效減少深組合系統在開發過程中的 時間和測試成本，測試手段靈活，原理可靠性能穩定，同時相比純數字的軟件仿真測試更貼 近于實際，具有很強的工程參考和應用價值。
【附圖說明】：
[0031] 圖1是深組合動態測試仿真環境整體運行流程框圖。
【具體實施方式】：
[0032] 下面結合附圖對本發明創造做進一步詳細說明。
[0033] 本發明設計了一種慣性衛星深組合動態測試仿真環境，從真實器件接口的角度進 行設計，可在室內完成各種條件下的動態測試，解決了純數字仿真方法無法與系統真實工 作狀態對應的問題，方法流程框圖如圖1所示。方法包括下列步驟：
[0034] 步驟一、通過Matlab軟件生成模擬載體真實動態飛行的航跡；
[0035] 步驟二、將航跡數據包輸入給衛星信號發生器，生成對應于動態航跡的模擬GPS 或Beidou衛星射頻信號；
[0036] 步驟三、射頻信號經分路器分為兩路，一路信號通過低損耗射頻連接線發送至ARM 處理器板，產生與衛星信號時間同步的慣性器件數據并打包，再通過串口發送到深組合系 統，另一路信號直接通過射頻連接線發送至深組合系統；
[0037] 步驟四、基于DSP的慣性/衛星深組合系統接收上述模擬衛星信號與慣性器件輸 出數據信號，并進行數據融合，從而可以驗證系統動態性能。
[0038] 其中，步驟一通過Matlab軟件生成模擬載體真實動態飛行的航跡的具體方法如 下：
[0039] (I. 1)設定載體飛行的起點位置和初始姿態角。載體飛行航跡的起點和初始 姿態角是航跡遞推的重要原始參數，假設給定起點的地心地固坐標系下的位置表示為 Poscirigincar=[longOTigin,Iaticirigin, heightOTigin]，初始橫滾 / 俯仰 / 航向角表示為 Atticirigin =[rollOTigin, pitchOTigin, headingOTigin]，初始速度為 0 ;
[0040] (1. 2)設定載體在每一個飛行階段如靜止、滑跑、起飛、爬升、巡航、轉彎、降落時的 前向加速度表示為AccfOTwaH，三軸姿態角速率表示為Atti-rate = [Atti-rateroll,，Atti-r atepiteh，Atti-rateheading]，分別代表橫滾角速率、俯仰角速率、航向角速率。上述各參數的大 小以及飛行階段的的時間長度應根據載體真實的飛行狀態來設定。
[0041 ] 載體處于靜止階段和巡航階段時，Accfcirward= 0, Atti-rate =[0,0,0];
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