一種用於捷聯慣導軟體測試的軌跡數據生成方法
2023-06-21 15:24:01 1
專利名稱：一種用於捷聯慣導軟體測試的軌跡數據生成方法
技術領域：
本發明涉及慣性導航及其相關領域，尤其涉及一種用於捷聯慣導軟體測試的軌跡數據生成方法。
背景技術：
隨著新型固態陀螺儀的研製和高精度加速度計的逐漸成熟，以及高速大容量微處理器技術的進步，捷聯慣性導航系統已經開始逐步取代平臺慣性導航系統，成為慣性導航技術的發展趨勢。捷聯慣性導航系統的核心是一個複雜的實時軟體系統，通過採集慣性敏感單元(即陀螺儀和加速度計)的數據實時計算載體的導航參數。它的可靠性直接影響慣導系統的穩定性，它的算法誤差則是慣導系統的主要誤差來源之一。因此，如何對捷聯慣導系統的軟體進行測試，以驗證其正確性、可靠性和算法精度，對於提高捷聯慣導系統的性能具有重要意義。由於實驗條件限制，常常難以取得真實而全面的載體運動軌跡數據，無法使用實際的位置和姿態數據測試捷聯慣導軟體。為此，一般採用如下仿真方法測試慣導軟體首先設計載體的仿真運動軌跡，包括姿態演變情況，並生成標準導航參數，即位置和姿態數據； 然後將計算得到的慣性敏感單元數據傳送到被測慣導軟體作為輸入數據流；最後將慣導軟體輸出的導航參數與標準導航參數進行對比，得到慣導軟體的計算誤差，從而評測慣導軟體的性能。目前，仿真軌跡數據的生成方案有如下兩種
一是分析載體典型運動的特點，以飛行器為例，常見的飛行動作有平飛、勻變速直線飛行、上升、俯衝和轉彎，一次飛行則是這幾種基本動作的組合。再從中得出姿態角、角速率或加速度的變化規律，進而計算得到載體的速度和位置，以及慣性敏感單元數據。該方案的主要缺點是(1)經緯度、航向角等無法得到具體的變化函數，需要使用複雜的數值計算方法，如哈明公式、預測-校正方法等；(2)計算方法實質上和慣導軟體的計算過程類似，兩者含有同類型的數值計算誤差；(3)模擬的運動過程受限，無法仿真複雜的運動軌跡。二是採用一種逆向計算的解析式方案，初始變化量為姿態角的變化函數和位置的變化函數，再根據位置在地球直角坐標系下的坐標值及其一階二階導數計算中間速度和中間加速度，最後計算出所需的其他數據。這種方案避免了估計誤差，但目前該方案的主要缺點有(I)算法公式複雜，且在包含坐標變換的情況下變得更加繁瑣，特別是求解位置的坐標值以及中間變量時，不利於軟體實現；(2)方案僅能用於採用地球圓球模型的慣導軟體， 對於採用地球橢球模型的情況不適用。
發明內容
本發明的目的是針對現有技術的不足，並在實驗室基於光纖陀螺和石英加速度計的捷聯慣性導航系統及其導航軟體的研究過程中，提供一種用於捷聯慣導軟體測試的軌跡數據生成方法。本發明的目的通過以下技術方案來實現一種用於捷聯慣導軟體測試的軌跡數據生成方法，它包括位置相關數據生成、姿態相關數據生成和慣性敏感單元數據生成三部分內容;其中，
所述位置相關數據生成的具體步驟如下
(O設定位置關於時間I的變化函數並求解其一階和二階導數，載體位置即載體相對於地球的高度A、經度彳和緯度P位置變化函數及其導數的一般公式如下
權利要求
1.一種用於捷聯慣導軟體測試的軌跡數據生成方法，其特徵在於，它包括位置相關數據生成、姿態相關數據生成和慣性敏感單元數據生成等三部分內容；其中，所述位置相關數據生成的具體步驟如下(I)設定位置關於時間 的變化函數並求解其一階和二階導數，載體位置即載體相對於地球的高度經度；和緯度爐； 位置變化函數及其導數的一般公式如下'.=Λ( )屮=_)；h = h{i)Λ = Λ*( )φ= _ ；h = h'{￡) = β(β)Ψ= _ h = h"(t)(2)計算載體相對於地球的速度在導航系中的值i 採用地球橢球模型時，記地球赤道半徑為尺地球子午面曲率半徑為Rn ,地球橫向曲率半徑為# ，地球橢球度為g，可得CRif+^)-cos (R#+A)·#J Ent = Kl+β sm φ)= -Si (I - 2e + 3e sin2 φ)採用地球的圓球模型時，只需令&,且有^=0,下同(3)計算載體相對於地球的加速度在導航系中的值,}+k)· cosφ· β- (Rsft+A).sm φ· φ1 ■ ' + ζβ,^ +A1) ·cos φ· X (Rw+k)·^+(Rj+h1)·^Rj = 2 Re -s-sm φ. cos φ. φ'I,= 6R€ ■ e ■ sin φ『 cos φ- (β(4)計算重力加速度在導航系中的值
全文摘要
本發明公開了一種用於捷聯慣導軟體測試的軌跡數據生成方法；本方法首先分別設計載體的運動路徑和姿態演變，得到位置和姿態的變化函數；然後通過上述變化函數及其導數，計算姿態矩陣、速度和加速度等參數；最後，根據上述結果求解慣性敏感單元的輸出數據。測試慣導軟體時，將慣性敏感單元數據作為輸入數據流，並對比慣導軟體輸出的導航參數與本方法輸出的標準導航參數，從而得出慣導軟體的計算誤差。本方法簡單高效，能夠靈活產生各種複雜且高精度的仿真軌跡數據，從而為評測捷聯慣導軟體的正確性、可靠性和算法精度起到重要作用，且在實驗室基於光纖陀螺和石英加速度計的捷聯慣性導航系統及其導航軟體的研究中取得了良好的效果。
文檔編號G01C25/00GK102607591SQ20121004568
公開日2012年7月25日 申請日期2012年2月27日 優先權日2012年2月27日
發明者周一覽, 律新偉, 樓奇哲, 舒曉武 申請人:浙江大學