捷联惯导系统仿真器的设计

龙源期刊网 基于捷联制导技术的导弹控制系统设计与仿真作者：李元杨锁昌田再克李鹏程来源：《价值工程》2014年第10期摘要：精确制导武器在现代战争中扮演着越来越重要的作用，但高昂的成本阻碍了其大规模应用。

本文根据这一情况提出了一种基于捷联式导引技术的制导系统方案。

本方案由捷联导引头和一套惯性组合器件（IMU）组成，采用制导与控制一体化技术。

本文重点对导引律和控制系统进行了详细研究，并建立了相应的数学模型。

通过仿真实验表明，该控制方案能够有效对弹丸进行控制，其控制精度符合制导系统要求。

Abstract： Precision-guided weapons has made a very important place in the modern war， but its high costs hindered the large-scale application. The scheme consists of the strapdown seeker and IMU （Inertial Measurement Unit） delivering unitary guidance and control technology. In the premise of ensuring low-cost， the accuracy of guidance system is greatly improved. The simulation results show that the design has a good ballistic characteristics.关键词：捷联式导引；比例导引；制导与控制Key words： seek guidance；proportional guidance；guidance and control中图分类号：TJ765 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）10-0032-03。

基于Vega和MFC的捷联惯性导航虚拟试验平台设计的开题报告一、研究背景和意义：惯性导航技术作为一种基于惯性元件计算得到的导航技术，具有无需外界信号、高精度、高可靠性、无日间夜间、无天气限制等特点，在军事、航空、航天等领域中具有广泛应用。

惯性导航系统主要由加速度计和陀螺仪等惯性元件组成，可以用于飞行器、导弹、船舶等系统的控制和导航。

考虑到安全性和成本的原因，惯性导航系统的虚拟试验是设计和优化惯性导航系统的主要方式之一。

通过构建基于计算机的虚拟环境，可以在虚拟情景下模拟真实环境中一系列因素如噪声、随机干扰等对惯性导航系统工作的影响和反应。

在不断的虚拟试验中，设计人员可以更好地优化惯性导航系统的工作性能，提高其在实际应用中的可靠性和精度，以达到更好的控制效果。

基于Vega和MFC技术的捷联惯性导航虚拟试验平台，可以为惯性导航系统的设计，优化和测试提供一个可靠的工具。

该平台可以快速搭建惯导系统的建模和仿真环境，并且可以根据不同的实验要求选择不同的环境和参数。

此外，该平台还可以记录和分析实验数据，为设计人员提供有用的反馈信息。

二、研究内容和目标：本研究旨在设计基于Vega和MFC技术的捷联惯性导航虚拟试验平台，具体研究内容包括：1. 基于Vega和MFC技术的虚拟试验平台的设计和实现。

2. 涵盖不同环境和参数的惯性导航系统的建模和仿真。

3. 实验数据记录和分析模块的研究和设计。

4. 对平台进行测试和验证，证明其在设计和优化惯性导航系统方面的有效性。

三、研究方法和步骤：1. 研究Vega和MFC技术，掌握其原理和应用，并结合捷联惯性导航系统的特点，确定平台的开发方向。

2. 根据平台的功能要求，详细设计和实现平台的各个模块，包括建模和仿真模块、实验数据记录和分析模块等。

3. 在平台上进行多次虚拟试验，记录并分析实验数据，找出问题和反馈改进意见，不断优化和完善平台。

4. 对平台进行测试和验证，验证其在实际应用中的可靠性、实用性和有效性。

某组合导航系统捷联导航方案及仿真技术研究摘要：捷联导航方案在自主导航系统中广泛应用。

本文主要阐述了导航原理，导航方法设计，以及仿真设计原理和实现。

利用仿真技术，进行捷联惯性组合导航系统模拟试验，验证了所设计的捷联惯性组合导航系统的可行性和有效性。

关键词：组合导航系统；组合导航方法；数据修正；仿真1组合方案内容1.1性能分析及组合导航原理根据组合导航系统的使用要求，惯性/卫星组合导航系统可供选择的组合方式有简单组合模式、浅组合模式、深组合模式。

简单组合模式是利用卫星导航系统提供的位置和速度直接重置惯性导航系统；浅组合模式是利用惯性导航系统和卫星导航系统输出的位置和速度信息的差值作为观测量，利用滤波器估计惯性导航系统的误差，并进行校正；深组合模式是惯性导航系统和卫星导航系统相互辅助和相互修正，实现协同超越。

三种组合方式对比，简单组合模式能直接修正惯性导航系统的位置和速度，但无法修正姿态误差和惯性测量元件误差，浅组合模式能校正惯性导航系统的误差，但无法修正卫星导航系统的误差，不能彻底发挥二者的优势，深组合模式对惯性导航系统和卫星导航系统都有修正效果，但是工程实现难度较大，因此，组合模式选用简单组合模式。

组合导航系统定位误差在不考虑对准误差和姿态解算误差的情况下，加速度测量误差不能大于，但是，实际系统肯定存在对准误差和姿态解算误差，所以单一的惯性导航不能满足技术指标要求，必须与其他导航方式组合。

采用GNSS导航和捷联惯性导航的组合方式。

其中GNSS导航具有定位精度高、导航误差不随时间积累、可全天时、全天候工作、难直接提供姿态信息、数据更新率低、易受电磁干扰等特点；惯性导航系统具有隐蔽性好、抗干扰能力强、短时精度高、导航信息完整和数据更新率高等特点。

两种导航方式对比，捷联惯性导航系统能提供完整连续的导航参数，具有完全自主、短时精度高的优点。

捷联惯性导航系统解算出的速度、位置与GNSS提供的速度、位置之差作为卡尔曼滤波器的观测量，姿态误差、速度误差和位置误差作为卡尔曼滤波器的状态变量，估计出状态变量的最优估计值后，对捷联惯性导航系统进行校正。

捷联惯性组合导航系统的工程设计吴俊伟;梁彦超【摘要】To meet the need of the integrated navigation computer＇s minimization and high performance so as to expand its applications, this paper designs an integrated navigation system based a PC104 and FPGA. The naviga- tion computer system includes a data acquisition module and a data decoding module. The design for PC104 to transmit data to dual-port RAM in FPGA is proposed. In order to improve the data communication speed between FPGA and the industrial computer, a method for realizing data exchange through dual-port RAM is designed. The functions of and communication between modules are introduced from the aspects of the hardware structure and software design.%为适应组合导航计算机系统的微型化、高性能度的要求，拓宽导航计算机的应用领域，文中设计了一种基于PCI04和可编程逻辑阵列器件协同合作的导航计算机系统。

系统主要包括数据采集模块和数据解算模块两部分，给出了PCI04与FPGA的片内接收模块进行通信的设计方案。

§3.9捷联式惯导系统概论一、概述“捷联”（strap down）这一术语的英文原意就是“捆绑”的意思，因此，所谓捷联系统就是将惯性测量装置的敏感器(陀螺仪与加速度计)直接捆绑在运载体上，从而可实现运动对象的自主导航目的。

平台式惯性导航系统虽然已经达到很高水平，但其造价高、使用十分昂贵。

计算机虽为数字式，但框架伺服系统一般仅采用模拟线路，所以相对来讲，可靠性差一些。

就在平台式惯性导航系统迅速发展的同时，捷联式惯性导航系统也处于研制过程中。

捷联式惯导方案是1956年提出的，当时由于没有满足捷联式系统历要求的惯性元件和计算机，因而没有被采用。

而平台式系统则不断改进、不断完善，达到了相当高的精度，满足了大多数任务的要求。

但是在可靠性和成本方面平台式系统都暴露出一系列严重问题。

与此同时计算技术取得了惊人的进展，克服了捷联式系统发展的一个主要障碍。

捷联式系统的高可靠性和低成本促使人们进—步对它进行新的技术探索。

上世纪六十年代初，美国联合飞机公司首先研制成功了第一个捷联式系统，于1969年成功地应用在阿波罗登月任务中。

捷联式惯性导航系统是将惯性敏感器(陀螺和加速度计)直接安装在运载体上，不再需要物理实现稳定平台的惯性导航系统。

陀螺仪作为角速率传感器而不是作为角位移传感器；加速度计的输入轴不是保持在已知确定方向上，加速度计测量值是运载体瞬时运动方向的加速度值。

通过计算机内的姿态矩阵实时计算而得到一个“数学解析平台”，它同样可以起到机电结合的稳定平台所提供的在惯性空间始终保持所要求的姿态作用。

捷联式惯性导航系统有以下几个主要优点：(1) 惯性敏感器便于安装、维修和更换。

(2) 惯性敏感器可以直接给出载体坐标系轴向的线加速度、线速度、供给载体稳定控制系统。

(3) 便于将惯性敏感器重复布置，从而易在惯性敏感器的级别上实现冗余技术，这对提高系统的性能和可靠性十分有利。

(4) 由于去掉了物理实现的平台，一则消除了稳定平台稳定过程中的各种误差；二则由于不存在机电结合的平台装置，使整个系统可以做得小而轻，并易于维护。

基于OpenGL的捷联惯导系统可视化仿真实现
侯鹏;何乃刚;申功勋
【期刊名称】《测控技术》
【年(卷),期】2002(021)003
【摘要】提出了一种应用于捷联惯导系统的可视化仿真方法.详细介绍了在VC环境下利用三维开放图形库OpenGL开发视景系统的全过程.仿真结果表明该方法具有良好的实时性和实用性.
【总页数】3页(P45-47)
【作者】侯鹏;何乃刚;申功勋
【作者单位】北京航空航天大学,北京,100083;北京航空航天大学,北京,100083;北京航空航天大学,北京,100083
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.9;V249.32+2
【相关文献】
1.一种基于Matlab的捷联惯导系统仿真轨迹发生器设计 [J], 文钢
2.基于飞行轨迹的捷联惯导系统算法仿真 [J], 石钊铭;王文革
3.基于Multigen Creator和Vega的舰载捷联惯导系统的视景仿真设计 [J], 钱康;王爱民
4.基于VS的捷联惯导系统仿真器设计 [J], 李路苹;徐景硕;陈震
5.捷联惯导系统仿真器的设计与实现 [J], 陈敏;安艳辉;李晓华
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基于LabVIEW的捷联惯导测试系统的设计与实现
秦超;赵剡;谢辉滨
【期刊名称】《计量与测试技术》
【年(卷),期】2011(038)011
【摘要】为了提高捷联惯导系统的精度,必须通过试验标定出系统中陀螺和加速度计的各误差参数,并对误差进行补偿.本文设计了一种捷联惯导测试系统,以工控机及数据采集与预处理系统为硬件平台采集捷联惯导的输出信号,上位机软件采用LabVIEW开发,对采集到的数据进行处理、显示及结果保存.最后,对捷联惯导系统进行了测试试验,试验结果表明该测试系统的正确性和可靠性,满足捷联惯导系统测试的技术要求,具有很强的应用价值和工程意义.
【总页数】4页(P49-52)
【作者】秦超;赵剡;谢辉滨
【作者单位】北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京 100083;北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京 100083;北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京 100083
【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于LabVIEW的捷联惯导姿态更新算法仿真 [J], 陈曙光;李冠中
2.基于捷联惯导的被动隔振测试系统的研究 [J], 郭崇武;郑宾;李彬
3.基于MEMS传感器的捷联惯导系统设计与实现 [J], 黄艳辉;张宪起;高玉霞;
4.基于DSP的光纤捷联惯导系统设计与实现 [J], 王凯;赵忠;吴坤民
5.基于TMS3205410DSP和FPGA的高性能捷联惯导数据处理系统的设计与实现[J], 常明飞;蒙建波
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捷联惯导系统软件测试中的仿真飞行轨迹设计及应用
刘放;陈明;高丽
【期刊名称】《测控技术》
【年(卷),期】2003(022)005
【摘 要】介绍了一种针对捷联惯性导航系统进行软件测试的仿真飞行轨迹的设计
方法.该方法根据实际情况,将各种典型的机动动作做成了单个的模块;然后再根据需
要测试的性能将各个机动动作自由组合成一条飞行轨迹进行实时仿真测试.笔者利
用该飞行轨迹设计方法设计出一些典型的飞行轨迹并应用于我国某型捷联惯性导航
系统的软件测试中,为系统性能、精度的提高作出了重大贡献.

【总页数】4页(P60-63)
【作 者】刘放;陈明;高丽
【作者单位】西北工业大学,自动控制系,陕西,西安,710072;西北工业大学,自动控制
系,陕西,西安,710072;西安工业学院,电子系,陕西,西安,710032

【正文语种】中 文
【中图分类】V241.62
【相关文献】
1.虚拟仪器技术在捷联惯导系统软件测试中的应用 [J], 刘放;陈明;罗兴文;汤萍
2.基于飞行轨迹的捷联惯导系统算法仿真 [J], 石钊铭;王文革
3.一种用于捷联惯导系统仿真的飞行轨迹发生方法 [J], 胡恒章;周荻;胡国辉
4.游移方位捷联惯导系统软件测试与仿真 [J], 王蕴慧;赵忠;李利
5.一种新的捷联矩阵更新算法在无陀螺捷联惯导系统中的应用 [J], 赵龙;史震;马澍
田

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基于Vega的舰载捷联惯导虚拟平台的航迹仿真钱康;王爱民【摘要】Virtual reality technology can be used to save time and costs in the course of the research on SINS. In the paper, we presented the method implemented in the simulation of track based on a mathematical model of track simulation designed for the ship SINS. Two sets of track simulation data were from true value and navigation solution. And navigation algorithms used included quaternion picard algorithms* two-sample algorithm and three-sample algorithm. The interactive simulation environment was achieved by using Multigen Vega interactive simulation environment and Visual C++6. 0 integrated development environment. Finally two sets of results visually showed the size of the calculation error. And thus, the simulation data of ship SINS can be indicated more intuitively.%运用虚拟现实技术(Virtual Reality; VR)对捷联惯导系统(Strapdown Inertial Navigation System,SINS)进行模拟的方案,可以有效地提高研发效率,节约研发成本;现在利用Multigen Vega交互仿真环境与VC++6.0开发环境,建立虚拟方针环境；随之针对建立的舰载惯性导航系统航迹仿真的数学模型,分别利用毕卡逼近算法、双子样算法和三子样算法,进行导航解算;最后由真值和所得解算值,实时同步绘制了原始轨迹和解算轨迹,实现了在模拟平台下的航迹仿真;两组轨迹的结果显示的误差,能直观显示出算法的计算误差大小;如此,使得惯性系统的仿真数据可以更加直观的表现出来.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2012(020)002【总页数】4页(P424-427)【关键词】航迹仿真;虚拟现实;Vega【作者】钱康;王爱民【作者单位】东南大学仪器科学与工程学院,江苏南京210096;东南大学仪器科学与工程学院,江苏南京210096【正文语种】中文【中图分类】TP391.90 引言虚拟现实技术是综合利用了计算机图形学、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术等来模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能，使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中，并能够通过语言、手势等方式与之进行实时交互。

基于DSP测量的捷联惯导系统设计郝鹏;马建仓【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2011(019)024【摘要】A design of minitype SINS using commercial MEMS sensors is proposed. The system uses external 16 AD highspeed sampling chip to collect sensor data,selects two pieces of TMS320F28335DSP core as data pretreatment unit and navigation calculating unit,meanwhile respectively introduces UKF algorithm and wavelet adaptive threshold noise reduction method to initial alignment and gyro noise reduction in order to improve the system performance. This prototype system has the advantages such as miniaturization, low power consumption, low cost, navigation function complete, stable performance and so on. Test data shows that navigation precision of this system achieve the high rate and commercial navigation system standards.%采用商用MEMS传感器设计一种小型捷联惯导系统。

该系统利用外部16位AD高速采样芯片进行传感器数据采集，选用两片TMS320F28335DSP作为数据预处理单元和导航解算单元，同时在初始对准和陀螺降噪中引入无迹卡尔曼滤波和小波自适应阀值降噪等方法以提高系统性能。