CN113946979A - 一种导航算法精度验证方法、系统、设备及器存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种导航算法精度验证方法、系统、设备及器存储介质，融合了离线仿真验证、模拟飞行数据注入验证、跑车试验验证三种手段，并设计了一种精度验证和对比方法，可以基于同一组跑车试验数据展开不同验证试验和结果对比、基于模拟高动态数据进行离线仿真验证和模拟飞行数据注入验证结果对比。本发明克服了传统单一验证方法数据真实性或验证覆盖性不足的问题，对SINS/GNSS组合导航算法展开了系统性、全方位验证，是半实物仿真试验的补充和有利支撑，有助于提升试验效率和飞行试验的成功率。

Description

一种导航算法精度验证方法、系统、设备及器存储介质

技术领域

本发明涉及无人飞行器导航精度技术领域，具体为一种导航算法精度验证方法、系统、设备及器存储介质。

背景技术

SINS/GNSS组合导航系统能够充分发挥和利用各子系统的优点，得到了越来越广泛的应用。组合导航系统的性能决定着无人飞行器的导航精度，极大程度地影响了飞行的成败。

组合导航算法精度验证通常采用以下三种方法：基于模拟数据的算法离线仿真验证、跑车试验验证、半实物仿真验证。算法离线仿真验证采用模拟数据进行纯数字仿真，一方面难以准确模拟惯组和卫导真实器件误差，从而影响了算法验证效果，另一方面也无法验证最终嵌入式软件算法的功能及性能；跑车试验验证将产品安装在跑车上进行试验，在跑车运动过程中进行实时在线导航，该方法仅能在跑车可实现的工况下进行组合导航系统的验证，覆盖性有限；半实物仿真验证需要结合舵机系统、控制算法、地面测发控系统等共同进行，是对产品多方位、综合性的验证，通常在各分系统验证完成后进行。

综上，为了在半实物仿真试验前对组合导航算法进行更为全面的验证，提高算法验证的覆盖率、提升半实物仿真试验效率，需要设计一种更为全面的SINS/GNSS组合导航算法精度验证系统。

发明内容

针对现有技术中存在单个验证手段的局限性的问题，本发明提供一种导航算法精度验证方法、系统、设备及器存储介质，在半实物仿真和飞行试验前，结合纯数字仿真验证、模拟飞行数据注入验证、跑车试验验证等多种形式，系统性地对SINS/GNSS组合导航算法的功能、性能进行充分验证，提升测试覆盖性和真实性。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种导航算法精度验证方法，包括如下步骤：

步骤1，获取数据，所述数据为算法验证数据源；

步骤2，将数据分配至离线仿真软件和在线嵌入式软件中，分别进行算法验证得到导航结果；

步骤3，将离线仿真软件和在线嵌入式软件中所得到的导航结果分别对应进行精度对比验证。

优选的，导航结果包括导航位置、导航速度和导航姿态。

优选的，步骤2中，数据输入至离线仿真软件中，在离线仿真软件中通过纯数字仿真验证方式得到离线模拟数据导航结果和离线跑车数据导航结果；

数据输入至在线嵌入式软件中，在在线嵌入式软件中分别通过跑车试验验证方式和模拟飞行数据注入验证方式分别得到导航结果，其中通过跑车试验验证方式得到跑车试验数据导航结果；通过模拟飞行数据注入验证方式分别得到在线跑车数据导航结果和在线模拟数据导航结果。

进一步的，离线模拟数据导航结果为参考结果，将在线模拟数据导航结果与离线模拟数据导航结果进行精度对比验证；

所述离线跑车数据导航结果为参考结果，所述在线跑车数据导航结果和跑车试验数据导航结果与离线跑车数据导航结果进行精度对比验证。

进一步的，跑车试验验证通过将控制系统装配在跑车上进行实时数据采集和导航得到跑车试验数据导航结果；其中控制系统的输入端连接数据采集模块，数据采集模块用于获取惯组和卫导硬件设备数据；控制系统的输出端连接数据输出模块；数据输出模块用于发送跑车试验数据导航结果。

进一步的，模拟飞行数据注入验证通过控制器的数据发送模块和数据接收模块得到在线跑车数据导航结果和在线模拟数据导航结果。

进一步的，离线仿真软件将跑车试验中采集到的惯组和卫导硬件设备的数据作为离线仿真的输入，进行离线的纯数字仿真，验证组合导航算法得到离线跑车数据导航结果；

离线仿真软件将模拟数据作为离线仿真的输入，进行离线的纯数字仿真，验证组合导航算法得到离线模拟数据导航结果。

一种导航算法精度验证系统，包括：

数据获取模块，获取数据，所述数据为算法验证数据源；

执行模块，将数据分配至离线仿真软件和在线嵌入式软件中，分别进行算法验证得到导航结果；

对比模块，将离线仿真软件和在线嵌入式软件中所得到的导航结果分别对应进行精度对比验证。

一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述所述导航算法精度验证方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述所述导航算法精度验证方法的步骤。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提出的一种导航算法精度验证方法，融合了离线仿真验证、模拟飞行数据注入验证、跑车试验验证三种手段，并设计了一种精度验证和对比方法，可以基于同一组跑车试验数据展开不同验证试验和结果对比、基于模拟高动态数据进行离线仿真验证和模拟飞行数据注入验证结果对比。本发明克服了传统单一验证方法数据真实性或验证覆盖性不足的问题，对SINS/GNSS组合导航算法展开了系统性、全方位验证，是半实物仿真试验的补充和有利支撑，有助于提升试验效率和飞行试验的成功率。

进一步的，离线软件算法可以利用多种数学工具，比嵌入式软件算法可靠性高，因此可以作为嵌入式算法的参照，且数据源为真实数据，相比传统的基于模拟数据的离线仿真验证，器件噪声情况更加合理真实，能够获得更加真实可信的仿真结果。

进一步的，模拟飞行数据注入验证是利用外部注入的数据进行的嵌入式软件算法验证，与跑车试验验证的不同之处在于其惯组和卫导数据源并非全部由硬件设备实时采集得到，可以在实验室环境下进行，更加方便快捷，且能够覆盖跑车无法达到的运动状态下嵌入式软件算法的验证。并且该验证方法能够在开展半实物仿真试验前，对嵌入式软件中模拟飞行数据注入部分进行功能和性能验证，确保半实物仿真的顺利展开。

一种导航算法精度验证系统，通过数据获取模块，对带有算法验证的数据源进行获取，执行模块分别将数据输入至离线仿真软件和在线嵌入式软件中进行算法验证得到导航结果，对比模块将离线仿真软件和在线嵌入式软件中所得到的导航结果分别对应进行精度对比验证，使得导航算法精度验证更加的系统化，提高了验证对比精度。

附图说明

图1为本发明提供了一种导航算法精度验证方法的流程图；

图2为本发明中一种导航算法精度验证系统原理图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1和图2，本发明一个实施例中，提供了一种导航算法精度验证方法，在半实物仿真和飞行试验前，结合纯数字仿真验证、模拟飞行数据注入验证、跑车试验验证等多种形式，本发明通过SINS/GNSS组合导航算法，系统性地对SINS/GNSS组合导航算法的功能、性能进行充分验证，提升测试覆盖性和真实性。

具体的，该导航算法精度验证方法，包括如下步骤：

步骤1，获取数据，所述数据为算法验证数据源；

步骤2，将数据分配至离线仿真软件和在线嵌入式软件中，分别进行算法验证得到导航结果；

步骤3，将离线仿真软件和在线嵌入式软件中所得到的导航结果分别对应进行精度对比验证。

具体的，导航结果包括导航位置、导航速度和导航姿态。

具体的，步骤2中，数据输入至离线仿真软件中，在离线仿真软件中通过纯数字仿真验证方式得到离线模拟数据导航结果和离线跑车数据导航结果；

数据输入至在线嵌入式软件中，在在线嵌入式软件中分别通过跑车试验验证方式和模拟飞行数据注入验证方式分别得到数据导航结果，其中通过跑车试验验证方式得到跑车试验数据导航结果；通过模拟飞行数据注入验证方式分别得到在线跑车数据导航结果和在线模拟数据导航结果；

其中，离线模拟数据导航结果为参考结果，将在线模拟数据导航结果与离线模拟数据导航结果进行精度对比验证。

离线跑车数据导航结果为参考结果，所述在线跑车数据导航结果和跑车试验数据导航结果与离线跑车数据导航结果进行精度对比验证。

其中，跑车试验验证通过将控制系统装配在跑车上进行实时数据采集和导航得到跑车试验数据导航结果；其中控制系统的输入端连接数据采集模块，数据采集模块用于获取惯组和卫导硬件设备数据；控制系统的输出端连接数据输出模块；数据输出模块用于发送跑车试验数据导航结果。

模拟飞行数据注入验证通过控制器的数据发送模块和数据接收模块得到在线跑车数据导航结果和在线模拟数据导航结果。

离线仿真软件将跑车试验中采集到的惯组和卫导硬件设备的数据作为离线仿真的输入，进行离线的纯数字仿真，验证组合导航算法得到离线跑车数据导航结果；

离线仿真软件将模拟数据作为离线仿真的输入，进行离线的纯数字仿真，验证组合导航算法得到离线模拟数据导航结果。

本发明将离线仿真与跑车试验两种组合导航算法精度验证方法进行充分融合，并加入了模拟飞行数据注入验证方法。

本发明中跑车试验验证：采用传统方法，搭载硬件平台进行嵌入式软件算法跑车试验验证。

离线仿真验证：离线仿真验证依托地面软件展开纯数字的仿真验证。根据数据来源的不同，可以分为基于模拟数据的离线仿真和基于跑车数据的离线仿真两类。

基于模拟数据的离线仿真与传统方法相同，可以在前期导航算法设计阶段进行验证。

基于跑车数据的离线仿真，采用真实数据进行，将跑车试验中采集到的惯组和卫导硬件设备的数据作为离线仿真的输入，进行离线的纯数字仿真，验证组合导航算法。离线软件算法可以利用多种数学工具，比嵌入式软件算法可靠性高，因此可以作为嵌入式算法的参照，且数据源为真实数据，相比传统的基于模拟数据的离线仿真验证，器件噪声情况更加合理真实，能够获得更加真实可信的仿真结果。

模拟飞行数据注入验证：模拟飞行数据注入验证是利用外部注入的数据进行的嵌入式软件算法验证，与跑车试验验证的不同之处在于其惯组和卫导数据源并非全部由硬件设备实时采集得到，可以在实验室环境下进行，更加方便快捷，且能够覆盖跑车无法达到的运动状态下嵌入式软件算法的验证。并且该验证方法能够在开展半实物仿真试验前，对嵌入式软件中模拟飞行数据注入部分进行功能和性能验证，确保半实物仿真的顺利展开。

精度验证和对比：本发明还采用精度验证和对比模块，通过将跑车试验搭载的高精度导航基准、跑车试验结果、基于跑车数据的离线仿真结果和基于跑车数据的模拟飞行数据注入结果进行对比，方可实现SINS/GNSS组合导航算法精度的全方位、系统性验证。

另外，基于模拟的高动态飞行数据分别进行离线仿真验证、模拟飞行数据注入验证，并进行导航结果对比，可以覆盖高动态情况下的嵌入式软件算法性能验证需求。

本发明中，SINS/GNSS组合导航算法精度验证系统由离线的仿真软件验证、在线的嵌入式软件验证两部分融合构成。

离线部分即为纯数字仿真验证，依托仿真软件展开。根据仿真数据源可细分为基于模拟数据的验证和基于跑车数据的验证。

在线嵌入式软件验证依托硬件平台展开，其数据源可以是设备真实采集值，对应采用跑车试验验证方法展开算法验证；也可以是外部注入数据，对应采用模拟飞行数据注入验证方法进行算法验证，而该注入数据可以来源跑车数据或模拟数据。

最后还设计了精度对比验证模块，对相同数据源、不同验证方式的导航结果进行对比，从而实现对SINS/GNSS组合导航算法的全方位、系统性验证。

下述为本发明的装置实施例，可以用于执行本发明方法实施例。对于装置实施例中未披露的细节，请参照本发明方法实施例。

本发明在一个实施例中，提供一种导航算法精度验证系统，能够用于实现上述实施例中的SINS/GNSS组合导航算法精度验证方法，具体的，该导航算法精度验证系统包括：数据获取模块，获取数据，所述数据为算法验证数据源；执行模块，将数据分配至离线仿真软件和在线嵌入式软件中，分别进行算法验证得到导航结果；对比模块，将离线仿真软件和在线嵌入式软件中所得到的导航结果分别对应进行精度对比验证。

本发明再一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor、DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-ProgrammableGateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能；本发明实施例所述的处理器可以用于导航算法精度验证方法的操作。

本发明再一个实施例中，本发明还提供了一种存储介质，具体为计算机可读存储介质(Memory)，所述计算机可读存储介质是计算机设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括计算机设备中的内置存储介质，当然也可以包括计算机设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是高速RAM存储器，也可以是不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令，以实现上述实施例中导航算法精度验证方法的相应步骤。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种导航算法精度验证方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，获取数据，所述数据为算法验证数据源；

步骤2，将数据分配至离线仿真软件和在线嵌入式软件中，分别进行算法验证得到导航结果；

步骤3，将离线仿真软件和在线嵌入式软件中所得到的导航结果分别对应进行精度对比验证。

2.根据权利要求1所述的一种导航算法精度验证方法，其特征在于，所述导航结果包括导航位置、导航速度和导航姿态。

3.根据权利要求1所述的一种导航算法精度验证方法，其特征在于，步骤2中，数据输入至离线仿真软件中，在离线仿真软件中通过纯数字仿真验证方式得到离线模拟数据导航结果和离线跑车数据导航结果；

数据输入至在线嵌入式软件中，在在线嵌入式软件中分别通过跑车试验验证方式和模拟飞行数据注入验证方式分别得到导航结果，其中通过跑车试验验证方式得到跑车试验数据导航结果；通过模拟飞行数据注入验证方式分别得到在线跑车数据导航结果和在线模拟数据导航结果。

4.根据权利要求3所述的一种SINS/GNSS组合导航算法精度验证方法，其特征在于，所述离线模拟数据导航结果为参考结果，将在线模拟数据导航结果与离线模拟数据导航结果进行精度对比验证；

所述离线跑车数据导航结果为参考结果，所述在线跑车数据导航结果和跑车试验数据导航结果与离线跑车数据导航结果进行精度对比验证。

5.根据权利要求3所述的一种SINS/GNSS组合导航算法精度验证方法，其特征在于，所述跑车试验验证通过将控制系统装配在跑车上进行实时数据采集和导航得到跑车试验数据导航结果；其中控制系统的输入端连接数据采集模块，数据采集模块用于获取惯组和卫导硬件设备数据；控制系统的输出端连接数据输出模块；数据输出模块用于发送跑车试验数据导航结果。

6.根据权利要求3所述的一种SINS/GNSS组合导航算法精度验证方法，其特征在于，所述模拟飞行数据注入验证通过控制器的数据发送模块和数据接收模块得到在线跑车数据导航结果和在线模拟数据导航结果。

7.根据权利要求3所述的一种导航算法精度验证方法，其特征在于，所述离线仿真软件将跑车试验中采集到的惯组和卫导硬件设备的数据作为离线仿真的输入，进行离线的纯数字仿真，验证组合导航算法得到离线跑车数据导航结果；

离线仿真软件将模拟数据作为离线仿真的输入，进行离线的纯数字仿真，验证组合导航算法得到离线模拟数据导航结果。

8.一种导航算法精度验证系统，其特征在于，包括：

数据获取模块，获取数据，所述数据为算法验证数据源；

执行模块，将数据分配至离线仿真软件和在线嵌入式软件中，分别进行算法验证得到导航结果；

对比模块，将离线仿真软件和在线嵌入式软件中所得到的导航结果分别对应进行精度对比验证。

9.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述导航算法精度验证方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述导航算法精度验证方法的步骤。

Images