[發明專利]慣性/重力組合導航半實物模擬裝置

無效

• 申請號: 200810243116.2
• 申請日: 2008-12-09
• 公開（公告）號: CN101424534A
• 公開（公告）日: 2009-05-06
• 發明（設計）人: 蔡體菁
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 葉連生

技術領域

本發明是一種組合導航半實物模擬裝置，適用于慣性/重力組合導航系統的理論方法和工程應用研究。

背景技術

當今社會的發展要求運載體導航系統能夠實現高精度、自主、全天候、寂靜的導航，例如水面艦船、地面車輛以及空中飛行器能夠不依賴GPS進行導航，水下航行體能夠在不上浮到水面以及不向外發射信號的情況下實現長期高精度導航等等。為了實現自主導航，一般采用慣性導航系統，它可以實時提供多種導航信息如航向、速度、位置和姿態等。但是慣性導航系統的定位誤差會隨時間積累，需要定期利用外部信號進行校正，否則會導致定位精度下降。重力場信息與星光、地形場和地磁場信息相比，抗干擾能力強，具有全天候、無源性的優點，所以研究重力輔助導航對我國的高精度、自主、全天候導航技術的提高具有重要意義。

上世紀90年代美國洛克希德馬丁公司發表了重力輔助慣性導航系統的專利(A.Jircitano，D.E.Dosch，Gravity?aided?inertial?navigation?system，US5339684，1994)，之后又研制出重力輔助導航系統，該系統由慣性平臺導航系統、重力梯度儀、重力儀、重力梯度圖、重力圖和精密聲納導航模塊等組成。美國研制的重力輔助導航系統不僅體積大，結構復雜，而且成本非常高。為了研究慣性/重力組合導航系統的理論、方法及其工程應用，提供一種體積小、成本低的慣性/重力組合導航半實物模擬裝置是非常有意義的。

發明內容

技術問題：本發明的目的是提供一種成本低、精度高、使用方便的無源自主式的慣性/重力組合導航半實物模擬裝置。

技術方案：本發明的慣性重力組合導航半實物模擬裝置包括慣性測量單元、重力儀模擬器、數字重力異常圖、多普勒計程儀模擬器、測深儀模擬器、組合導航計算機、軌跡發生器和演示驗證與評估終端；軌跡發生器分別給慣性測量單元、重力儀模擬器、多普勒計程儀模擬器、測深儀模擬器和演示驗證與評估終端輸入理想數據；組合導航計算機通過串口對慣性測量單元、重力儀模擬器、多普勒計程儀模擬器、測深儀模擬器和軌跡發生器進行同步控制，并對慣性測量單元、重力儀模擬器、多普勒計程儀模擬器和測深儀模擬器發送和接收信息，同時進行組合導航計算，最后在終端上顯示組合導航計算結果，分析評估系統性能。重力儀模擬器重力傳感器、數字重力異常圖和計算機組成；多普勒計程儀模擬器由普勒計程儀和計算機組成；測深儀模擬器由測深儀和計算機組成。

慣性測量單元主要由加速度計、陀螺儀、計算機、輸入輸出接口和電子線路組成，其中計算機由浮點數字信號處理器(DSP)、大規?？删幊踢壿嬮T陣列(FPGA)、中央處理器(MCU)組成。慣性測量單元的導航算法是捷聯慣性導航算法。

重力儀模擬器由重力傳感器、數字重力異常圖和計算機組成；數字重力異常圖包括EGM96重力異常數據和局部實測重力異常數據；重力儀模擬器根據軌跡發生器產生的理想軌跡、速度和加速度，通過數字重力異常圖、深度歸算和重力異常局部逼近算法計算出理想軌跡上的重力異常值，然后疊加上正常重力、重力傳感器的實際噪聲和厄特弗斯效應，最后輸出重力值。

多普勒計程儀模擬器由多普勒計程儀和計算機組成；多普勒計程儀模擬器根據軌跡發生器產生的理想速度，疊加上多普勒計程儀的實際噪聲，最后輸出速度值。

測深儀模擬器由測深儀和計算機組成。測深儀模擬器根據軌跡發生器產生的理想深度，疊加上測深儀的實際噪聲，最后輸出深度值。

在組合導航計算機中采用減小厄特弗斯效應的重力匹配擴展卡爾曼濾波算法，經反饋修正模塊對慣性測量單元的導航參數和加速度計以及陀螺儀進行修正，最后在終端上顯示修正后的結果和軌跡發生器產生的理想結果，依此來分析評估系統的性能。

有益效果：本發明的特點在于：(1)能夠實現慣性/重力組合導航數字仿真和半實物仿真；(2)由于采用軌跡發生器生成的理想數據作為慣性測量單元、重力儀模擬器、多普勒計程儀模擬器和測深儀模擬器的參考源，提高了慣性/重力組合導航系統的評估能力和演示效果；(3)試驗快速，成本低廉；(4)慣性/重力組合導航半實物模擬裝置研制費用少。

附圖說明

圖1為本發明的結構組成示意圖；

圖2為本發明的工作流程圖；

圖3為本發明的軟件流程示意圖。

具體實施方式