CN102419182A - 一种惯性导航仿真测试方法及仿真测试平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种惯性导航仿真测试方法及仿真测试平台，目的在于解决现有技术所存在的惯性导航系统仿真测试真实感差，测量不全面等技术问题。它具有比较真实的惯性导航仿真测试环境，模拟数据准确，是实验室里理想的直线高速运动的加速度仿真测试方法及仿真测试平台，包括台面，底座，在台面与底座之间设置加速振动机构，加速振动机构做直线加速振动，加速振动机构包括升降装置，升降控制器，升降装置连接台面和底座，升降控制器连接升降装置。可广泛适用于直线运动加速度仿真测试。
Description
技术领域
本发明涉及仿真测试技术领域，尤其涉及一种用于惯性导航的仿真测试方法及仿真测试平台。
背景技术
一个惯性导航装置设计出来后，要进行实测、验证和调试，目前的方法是利用一个电器装置模拟产生加速度传感器信号，然后再根据这个模拟的传感器信号做处理，观察计算出来的各种参数是否与原假设吻合。这种方法真实感差，测试不全面，失真现象严重，是一种不得已而采用的方法，因为在实验室里无法得到真实的持续的加速度，不能真实地检测到加速度传感器在持续加速运行的状态下的性能变化对整体的影响。公开日为2010年08月04日、公开号为CN101794523A的专利文献公开了一种技术方案：一种飞机半实物仿真装置，包括飞行训练器、舵面控制机构、飞行视景系统、大气数据测试装置、三自由度电动转台和惯性导航系统，由网络连成整体，三自由度电动转台包括内框、中框、外框和台体基座及其控制系统，惯性导航系统有传感器组件、计算机，传感器组件安装于三自由度电动转台等。具有装配紧凑、动态性能好、直观方便和仿真度高等优点。但是该方案的仿真装置，惯性导航系统传感器组件连接在飞行器姿态模拟三自由度转台上，只是对转台姿态进行感应，没有真实的持续的加速运行状态，因此，该仿真装置不能较好地适应惯性导航仿真测试。
发明内容
本发明主要是解决现有技术所存在的惯性导航装置仿真测试真实感差，测试不全面等技术问题，提供一种惯性导航仿真测试方法及仿真测试平台，它具有比较真实的惯性导航仿真测试环境，模拟数据准确，是实验室里非常实用的直线高速运动加速度仿真测试方法及仿真测试平台。
本发明针对现有技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的，一种惯性导航仿真测试方法，包括下述步骤：
(1)将被测惯性导航装置放在测试平台上；
(2)使测试平台做直线加速振动；
(3)直线加速振动的方式为：上升阶段加速度逐渐增大，到达振动顶点后陡落，之后在前次最大加速度基础上再次进入上升阶段并逐渐增大加速度，到达振动顶点后再陡落，如此反复；
(4)陡落时的加速度在被测惯性导航装置的加速度测量范围之外；
(5)被测惯性导航装置只检测直线加速振动的上升阶段的加速度，忽略下降阶段的加速度。
本方案将被测惯性导航装置或被测惯性导航装置加速度传感器组件固定在测试平台上，测试平台做直线加速振动，直线加速振动波形类似锯齿波，但是，振动周期随加速度增加而变短，即测试平台上升时上升加速度逐渐增大，当测试平台上升到设计高度后陡落，随后在前次最大加速度基础上再次进入上升阶段并逐渐增大加速度，再陡落，如此反复。在上升阶段，被测惯性导航装置或被测惯性导航装置加速度传感器组件可以正常地检测到自身加速度值，但在陡落阶段，因为加速度变化速度过快，超出了加速度传感器的响应范围，使加速度传感器没有响应，或人为将此阶段的加速度设置为加速度传感器感应范围之外，结果加速度传感器只检测到了所有的上升阶段，而忽略了陡落阶段，因为陡落阶段占用时间很短，所以惯性导航装置近似一直处于加速度增加状态。
一种惯性导航仿真测试平台，包括台面，底座，在台面与底座之间设置加速振动机构，加速振动机构做直线加速振动，加速振动机构包括升降装置，升降控制器，升降装置连接台面和底座，升降控制器连接升降装置。本方案将被测惯性导航装置或被测惯性导航装置加速度传感器组件固定在台面上，台面在加速振动机构的带动下做直线加速振动，加速振动机构的振动方式是：上升阶段加速度逐渐增大，到达振动顶点后陡落，在前次最大加速度基础上再次进入上升阶段并逐渐增大加速度，到达振动顶点后再陡落，如此反复。加速振动机构的振动波形类似锯齿波，但是，振动周期随加速度增加而变短。在上升阶段，被测惯性导航装置或被测惯性导航装置加速度传感器组件可以正常地检测到自身加速度值，但在陡落阶段，因为加速度变化速度过快，超出了加速度传感器组件的响应范围，使加速度传感器没有响应，或人为将此阶段的加速度设置为加速度传感器组件感应范围之外，结果加速度传感器组件只检测到了所有的上升阶段，而忽略了陡落阶段，因为陡落阶段占用时间很短，所以惯性导航装置近似一直处于加速度增加状态，从而构建了直线高速运动的加速度仿真测试平台。
作为优选，升降装置包括长行程螺管式电磁铁，长行程螺管式电磁铁包括多个上升螺管线圈和多个下降螺管线圈，多个上升螺管线圈排成一列安装，多个下降螺管线圈排成一列安装，每一个螺管线圈都是独立通断电控制，升降控制器电连接螺管线圈。采用多螺管线圈方式构成长行程电磁铁，构成方式是将多个上升螺管线圈排成一列安装，多个下降螺管线圈排成一列安装，衔铁在螺管线圈中，螺管线圈依次加电，上升螺管线圈用于衔铁上升，下降螺管线圈用于衔铁快速下降。
开始振动时衔铁位于上升螺管线圈列下端，列下端第一个上升螺管线圈施加规定激励电流，从第二个上升螺管线圈开始，施加激励电流比前一个上升螺管线圈激励电流值增加，依照此规律增加后面每一个上升螺管线圈的激励电流，直到最后一个上升螺管线圈；从振动第二周期开始，第一个上升螺管线圈施加的激励电流在最后一个上升螺管线圈激励电流基础上再增加，每一个后面的螺管线圈的激励电流同样大于前面螺管线圈激励电流，如此循环往复，直至达到最大激励电流为止，停止振动。
衔铁上升阶段，上升螺管线圈施加激励电流时序是：最下端上升螺管线圈施加激励电流，衔铁开始加速上升，衔铁上升到接近该螺管线圈中间位置时，下端第二个螺管线圈开始施加激励电流，之后第一上升螺管线圈断电，衔铁越过下端第一个上升螺管线圈继续上升，下端第三上升螺管线圈开始施加激励电流，之后第二上升螺管线圈断电，以此类推直到最上端螺管线圈施加激励电流，使衔铁的加速度在不断提高的状态下上升到顶端。
为使衔铁上升时加速度平稳增加，一是增加上升螺管线圈数，螺管线圈数量越多平稳性越好；二是在衔铁刚接近当前加电螺管线圈中间位置时，后一个螺管线圈加电后，之后前一线圈断电，充分利用螺管力平稳增加的上升期。
在衔铁上升到顶端开始下降时，为做到衔铁尽可能快速下落即陡落，从最上端的下降螺管线圈(在设计时使衔铁的长度适配)到最下端下降螺管线圈依次施加下降激励电流，这个下降激励电流使衔铁快速下落，过程中，在后一下降螺管线圈施加激励电流时，前一螺管线圈断电。下降螺管线圈在设计时，根据被测惯性导航装置加速度传感器组件响应范围，计算出达到加速度传感器组件响应上限以外的加速度时所需施加的最小下降力，设计出下降螺管线圈匝数和相应的下降激励电流。
螺管线圈的激励电流施加顺序和激励电流大小由升降控制器自动控制。
作为优选，升降控制器包括微处理器、接口电路、驱动电源，接口电路连接在螺管线圈与驱动电源之间，微处理器连接接口电路，微处理器连接驱动电源。微处理器通过接口电路控制每个螺管线圈的通电时序、激励电流大小。
作为优选，驱动电源是输出可控直流电源，输出可控直流电源具有多个电压输出端，每个电压输出端的输出电压值受微处理器控制。使用直流电源具有吸力稳定、线圈寿命长、噪音小等优点。由于线圈激励电流与电压成正比，因此，可以通过控制电源电压的方式控制线圈的激励电流。输出可控直流电源的每个输出端通过接口电路连接一个螺管线圈，通过微处理器控制升高输出电压，从而提高螺管线圈激励电流。
作为优选，台面上设置有固定夹具，固定夹具将被测物体固定在台面上。被测物体为惯性导航装置或惯性导航装置加速度传感器。
作为优选，台面的形状是圆形面，圆形面的下底面固定连接一流线型导风罩。为降低加速振动机构陡落时台面的风阻，将台面设计为圆形面，并且沿着圆形面的周边安装一个流线型导风罩。
本发明带来的有益效果是，具有比较真实的惯性导航仿真测试环境，模拟数据准确，是实验室里直线高速运动的加速度仿真测试方法及仿真测试平台。
附图说明
图1是本发明的一种仿真测试方法流程图；
图2是本发明的一种结构原理图；
图3是升降控制器的一种原理框图；
图4是振动机构的一种振动波形示意图；
图5是本发明的一种被测惯性导航装置加速度传感器组件仿真输出波形示意图。
图中：1是被测惯性导航装置加速度传感器组件，2是固定夹具，3是台面，4是上升线圈骨架，5是绝缘柱体，6是底座，7是衔铁，8是下降线圈骨架，L1是第一上升螺管线圈，L2是第二上升螺管线圈，LN是第N个上升螺管线圈，W1是第一下降螺管线圈，W2是第二下降螺管线圈，WN是第N个下降螺管线圈，101是输出可控直流电源，102是接口电路，103是微处理器，104是螺管线圈。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体说明。
实施例1：如图1所示，一种惯性导航仿真测试方法，首先将被测惯性导航装置(或被测惯性导航装置加速度传感器组件)放在测试平台上；使测试平台做直线加速振动；直线加速振动的方式为：上升阶段加速度逐渐增大，到达振动顶点后陡落，之后在前次最大加速度基础上再次上升并逐渐增大加速度，到达振动顶点后再陡落，如此反复；陡落时的加速度在被测惯性导航装置的加速度测量范围之外；被测惯性导航装置只检测直线加速振动的上升阶段的加速度，忽略下降阶段的加速度，使被测惯性导航装置处于近似直线、加速度不断增加的运动环境中。
实施例2：如图2、图3所示，本发明是一种惯性导航仿真测试平台，包括台面3，底座6，长行程螺管式电磁铁和升降控制器构成加速振动机构，台面3固定在绝缘柱体5的上端，台面3的下底面安装导风罩3-1，绝缘柱体5(由工程塑料制作而成)的下端使用螺栓固定在衔铁7的上端，上升线圈骨架4的下端固定在底座6上，下降线圈骨架8的上端固定在底座6上，并且上升线圈骨架4与下降线圈骨架8的中心线重合，上升线圈骨架4与下降线圈骨架8内径相同。第一上升螺管线圈L1、第二上升螺管线圈L2直至第N个上升螺管线圈LN在上升线圈骨架4上一字排列；第一下降螺管线圈W1、第二下降螺管线圈W2直至第N个下降螺管线圈WN在下降线圈骨架8上一字排列。
第一上升螺管线圈L1至第N个上升螺管线圈LN，第一下降螺管线圈W1至第N个上升螺管线圈WN，每个螺管线圈都通过一个接口电路102连接到输出可控直流电源101，接口电路102及输出可控直流电源101的控制端连接微处理器103的I/O端口，微处理器103控制输出可控直流电源101的每个输出端电压，及每个接口电路102的导通或关闭。
图3中的螺管线圈104是上升螺管线圈或下降螺管线圈。
被测惯性导航装置加速度传感器组件1通过固定夹具2固定在台面3上。仿真测试开始，第一上升螺管线圈L1的接口电路102导通施加初始激励电压V1(激励电流与激励电压成正比)，衔铁7开始加速上升，带动被测惯性导航装置加速度传感器组件1加速上升，当衔铁7接近第一上升螺管线圈L1中间位置M时，第二上升螺管线圈L2的接口电路导通，施加激励电压V2，V1断开，V2大于V1，衔铁7上升加速度进一步增加，当衔铁7上升到接近第二螺管线圈L2的中间位置M时，第三螺管线圈施加激励电压V3，V2断开，V3大于V2，衔铁7的上升加速度继续增加，依次接通每个上升螺管线圈，直至上升螺管线圈LN接通，衔铁7上升到顶端。之后从第一下降螺管线圈W1开始直至最后一个下降螺管线圈WN，依次施加下降激励电压(在后面的下降螺管线圈施加激励电压时，前面的下降螺管线圈断电)，使衔铁7快速下降，下降加速度在被测惯性导航装置加速度传感器组件1测量范围之外；之后开始第二周期振动，上升时激励电压V1大于VN，即在第一周期上升加速度基础上，衔铁7的上升加速度在第二周期继续增加，激励电压V2大于激励电压V3，激励电压VN大于激励电压VN-1，如此循环往复振动，直至达到最高上升激励电压，振动停止。期间，被测惯性导航装置加速度传感器组件1检测到每个振动周期的衔铁7上升段，而忽略衔铁7的下降段。
图4所示为振动机构的一种振动波形示意图，T1、T2、T3至TN是振动机构的每个振动周期上升时间，在本实施例中是长行程螺管式电磁铁的衔铁7在每个上升周期中的上升时间，由于上升加速度在不断增加，因此，T1大于T2，T2大于T3，TN-1大于TN，TL是加速度陡落时间。
图5所示为被测惯性导航装置加速度传感器组件1的仿真输出波形示意图。加速度上升阶段被测惯性导航装置加速度传感器组件1可以正常地检测加速度值，但在每个TL时间阶段，因为加速度变化速度过快，超出了加速度传感器的响应范围，或人为设置的测量范围，因此，使被测惯性导航装置加速度传感器组件1没有响应。由于TL很小，所以惯性导航装置近似一直处于加速度增加状态。
所以本发明具有比较真实的惯性导航仿真测试环境，测试结果准确，是理想的实验室里直线高速运动的加速度仿真测试方法及仿真测试平台。
Claims (7)
1.一种惯性导航仿真测试方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)将被测惯性导航装置放在测试平台上；
(2)使测试平台做直线加速振动；
(3)直线加速振动的方式为：上升阶段加速度逐渐增大，到达振动顶点后陡落，之后在前次最大加速度基础上再次上升并逐渐增大加速度，到达振动顶点后再陡落，如此反复；
(4)陡落时的加速度在被测惯性导航装置的加速度测量范围之外；
(5)被测惯性导航装置只检测直线加速振动的上升阶段的加速度，忽略下降阶段的加速度。
2.一种惯性导航仿真测试平台，包括台面，底座，其特征在于：在台面与底座之间设置加速振动机构，所述加速振动机构做直线加速振动，所述加速振动机构包括升降装置，升降控制器，所述升降装置连接台面和底座，升降控制器连接升降装置。
3.根据权利要求2所述一种惯性导航仿真测试平台，其特征在于：所述升降装置包括长行程螺管式电磁铁，所述长行程螺管式电磁铁包括多个上升螺管线圈和多个下降螺管线圈，多个上升螺管线圈排成一列安装，多个下降螺管线圈排成一列安装，每一个螺管线圈都是独立通断电控制，升降控制器电连接螺管线圈。
4.根据权利要求2或3所述一种惯性导航仿真测试平台，其特征在于：所述升降控制器包括微处理器、接口电路、驱动电源，接口电路连接在螺管线圈与驱动电源之间，微处理器连接接口电路，微处理器连接驱动电源。
5.根据权利要求4所述一种惯性导航仿真测试平台，其特征在于：所述驱动电源是输出可控直流电源，所述输出可控直流电源具有多个电压输出端，每个电压输出端的输出电压值受微处理器控制。
6.根据权利要求2所述一种惯性导航仿真测试平台，其特征在于：所述台面上设置有固定夹具，所述固定夹具将被测物体固定在台面上。
7.根据权利要求2或6所述一种惯性导航仿真测试平台，其特征在于：所述台面的形状是圆形面，圆形面的下底面固定连接一流线型导风罩。
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