CN114184210A - 一种基于卧式转台的仿真试验方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于卧式转台的仿真试验方法、装置和系统，该方法包括：仿真计算机接收第一指令，第一指令用于指示卧式转台上的惯性导航系统的目标姿态角ψ、θ、γ；仿真计算机采用如下所示的公式，计算得到第二指令，第二指令用于指示卧式转台的俯仰轴、航向轴和滚转轴各自的转动角度θ′、ψ′、γ′；

本发明解决了卧式转台的驱动问题。

Description

一种基于卧式转台的仿真试验方法、装置和系统

技术领域

本发明属于半实物仿真技术领域，具体涉及一种基于卧式转台的仿真试验方法、装置和系统。

背景技术

在惯性导航系统研发阶段，需要进行大量的测试和试验，对其导航算法、陀螺测角等性能进行考核验证。由于惯性导航系统性能指标需要通过在外场进行大量复杂且昂贵的试验来验证，而且外场试验条件恶劣且不可控变量多，会造成大量数据冗余浪费，一方面不便分析、判断、解决被测件的技术问题，另一方面会浪费大量的人力物力资源。所以半实物仿真技术为解决这些问题提供了一种有效手段。

传统的惯性导航系统半实物仿真多是利用立式转台，因为立式转台的旋转轴序依次是航向轴、俯仰轴、滚转轴，其轴序与水平或倾斜发射飞行器惯性导航系统陀螺姿态角定义的次序相同，在该转台上进行垂直发射时转台的俯仰框接近或等于九十度，航向与滚转的轴线将重合，从而发生自锁，因此无法进行垂直发射仿真。

采用卧式转台来进行仿真试验，可以避免上述的自锁问题。但是，由于卧式转台的旋转轴序为俯仰轴、航向轴、滚转轴，与惯性导航系统的旋转轴序不同，无法根据惯性导航系统的目标姿态直接控制转台旋转，现有技术中没有卧式转台的驱动方式。

发明内容

本发明提供一种基于卧式转台的仿真试验方法、装置和系统，解决卧式转台的驱动问题。

本发明提供一种基于卧式转台的仿真试验方法，包括：

仿真计算机接收第一指令，第一指令用于指示卧式转台上的惯性导航系统的目标姿态角ψ、θ、γ；

仿真计算机采用如下所示的公式，计算得到第二指令，第二指令用于指示卧式转台的俯仰轴、航向轴和滚转轴各自的转动角度θ′、ψ′、γ′；

可选的，还包括：

获取惯性导航系统发送的姿态信息，确定惯性导航系统发送的姿态信息和目标姿态角ψ、θ、γ之间的误差在预设范围内。

可选的，所述仿真计算机接收用户输入的第一指令之前，所述方法还包括：

将惯性导航系统固定在预设夹具上，通过预设夹具固定在卧式转台的回转中心；

将卧式转台的航向角、俯仰角和滚转角归零；

将惯性导航系统的x轴指向北，y轴指向天，z轴指向东。

本发明第二方面还提供一种基于卧式转台的仿真试验装置，包括：

接收模块，用于接收第一指令，第一指令用于指示卧式转台上的惯性导航系统的目标姿态角ψ、θ、γ；

计算模块，用于采用如下所示的公式，计算得到第二指令，第二指令用于指示卧式转台的俯仰轴、航向轴和滚转轴各自的转动角度θ′、ψ′、γ′；

可选的，该装置还包括：

验证模块，用于获取惯性导航系统发送的姿态信息，确定惯性导航系统发送的姿态信息和目标姿态角ψ、θ、γ之间的误差在预设范围内。

可选的，所述惯性导航系统通过预设夹具固定在卧式转台的回转中心；

在进行仿真试验之前，卧式转台的航向角、俯仰角和滚转角归零；惯性导航系统的x轴指向北，y轴指向天，z轴指向东。

本发明第三方面还提供一种基于卧式转台的仿真试验系统，包括：卧式转台、转台控制计算机、仿真计算机、模拟串口计算机、伺服舵机系统、任务计算机和待测试的惯性导航系统；

所述待测试的惯性导航系统通过预设夹具固定在卧式转台的回转中心；

所述转台控制计算机与卧式转台连接，用于驱动卧式转台转动；

所述任务计算机用于根据待测试的惯性导航系统和模拟串口计算机采集的数据，通过制导律解算出舵指令并发送给伺服舵机系统，伺服舵机系统用于执行舵指令；

仿真计算机用于采集伺服舵机系统的模拟信号，根据模拟信号生成第一指令，采用如权利要求1-3中任一项所述的方法，计算得到第二指令，并发送给转台控制计算机；

仿真计算机还用于根据时间信息以及伺服舵机系统的模拟信号，生成模拟串口计算机的仿真数据并发送给模拟串口计算机，模拟串口计算机将接收到的仿真数据发送给任务计算机。

可选的，仿真试验系统还包括：遥测计算机；

所述遥测计算机接收任务计算机发送的仿真试验数据并存储。

本发明提供一种基于卧式转台的仿真试验方法、装置和系统，给出了卧式转台的旋转轴序与惯性导航系统的旋转轴序不同时，卧式转台的驱动方式，解决了现有卧式转台缺少驱动方式的问题。

附图说明

图1是本发明系统连接图；

图2是本发明工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的基于卧式转台的仿真试验方法、装置和系统进行解释和说明。

本发明提供的基于卧式转台的仿真试验方法主要是解决当模拟飞行器垂直发射时俯仰角接近正九十度时无法利用立式转台进行仿真模拟的问题，同时也可以解决倾斜或水平发射飞行器惯性导航系统在仿真过程中处于俯仰角接近正负90度时无法利用立式转台进行仿真模拟的问题。

由于立式转台当俯仰中框转动角度等于或接近正负九十度时

，tanθ框架角速度趋近于无穷大，在实际系统中，立式转台是不可能实现的，会发生自锁现象。本发明考虑到当试验过程中俯仰框接近正负90度时，通过驱动卧式转台，可以有效避免转台自锁现象。具体的驱动转台的仿真算法公式1如下：

以下为得到上述公式的过程：

倾斜或垂直飞行器惯性导航系统实测轴序为航向轴、俯仰轴、滚转轴。根据地面坐标系与中间过渡坐标系进行转换后得到：

其中Ψ为航向角，θ为俯仰角，γ为滚转角。

卧式转台的实际轴序为俯仰轴、航向轴、滚转轴。根据飞行器坐标系与中间过渡坐标系进行转换后得到：

其中ψ′为航向角，θ′为俯仰角，γ′为滚转角。

当T₀＝T₁时可解得上述公式。

由于垂直发射飞行器惯性导航系统的实测轴序为俯仰轴、航向轴、滚转轴与卧式转台的轴序相同，则不需要上述公式进行欧拉角转换，直接向转台控制计算机输入相对应的角度即可。

本发明公开了基于卧式转台的仿真试验方法，具体步骤如下：

步骤1：搭建惯性导航系统仿真环境

将惯性导航系统按X轴指向北、Y轴指向天、Z轴指向东安装在卧式三轴转台上(如果惯性导航系统的三个转轴不是北天东定义，则按说明进行安装)，将惯性导航系统的通讯与供电电缆与转台连接。

步骤2：搭建半实物仿真试验系统环境

1)将仿真计算机通过仿真试验电缆与模拟串口计算机连接。

2)将仿真计算机和用于采集舵系统模拟信号的端子板连接。

3)将端子板通过仿真试验电缆与伺服舵机系统连接。

4)将仿真计算机通过模拟串口通讯线缆和模拟串口计算机和各个模拟节点连接(包括三轴转台控制计算机)。

5)将三轴转台通过仿真试验电缆与任务计算机连接。

6)将模拟串口计算机和各个模拟节点通过仿真试验电缆与任务计算机连接。

7)将仿真试验电缆与供电控制盒连接，完成对各个分系统的供电。

8)将任务计算机通过数据采集电缆与遥测计算机连接。

步骤3：进行闭环仿真试验

首先仿真系统初始化，做发射前准备工作，确认各个节点工作正常。当使用水平或倾斜发射惯性导航系统(即感测轴序为航向轴、俯仰轴、滚转轴)时，通过仿真计算机使用公式1进行欧拉角转换驱动卧式转台。当使用垂直发射惯性导航系统(即感测轴序为俯仰轴、航向轴、滚转轴)时，通过仿真计算机直接输入三个方向角度驱动卧式转台。通过试验前装订的角度完成惯性导航系统发射前角度预置。发射指令发出后惯性导航系统中的各项参数通过转台转接电缆和仿真试验电缆发送给任务计算机，再由任务计算机发往遥测计算机。任务计算机通过接收到惯性导航系统感测到的当前陀螺角速度和比力进行解算，得到当前飞行器姿态和速度。同时任务计算机通过模拟串口计算机或其他仿真节点(气压高度模拟系统、无线电高度模拟系统等)接收分系统的各项数据进行制导律解算，生成舵机控制指令，以此驱动伺服舵机系统。仿真机通过采集伺服舵机系统的舵面反馈信号来解算下一时刻的位置、飞行器质量、剩余油量、环境温度等实时控制参数，仿真机再通过实时网将相关数据发送给卧式转台控制计算机和其它仿真节点。如此循环完成整个仿真系统的闭环，系统连接图如图1，仿真系统的工作流程图如图2。

Claims (8)

1.一种基于卧式转台的仿真试验方法，其特征在于，包括：

仿真计算机接收第一指令，第一指令用于指示卧式转台上的惯性导航系统的目标姿态角ψ、θ、γ；

仿真计算机采用如下所示的公式，计算得到第二指令，第二指令用于指示卧式转台的俯仰轴、航向轴和滚转轴各自的转动角度θ′、ψ′、γ′；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

获取惯性导航系统发送的姿态信息，确定惯性导航系统发送的姿态信息和目标姿态角ψ、θ、γ之间的误差在预设范围内。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述仿真计算机接收用户输入的第一指令之前，所述方法还包括：

将惯性导航系统固定在预设夹具上，通过预设夹具固定在卧式转台的回转中心；

将卧式转台的航向角、俯仰角和滚转角归零；

将惯性导航系统的x轴指向北，y轴指向天，z轴指向东。

4.一种基于卧式转台的仿真试验装置，其特征在于，包括：

接收模块，用于接收第一指令，第一指令用于指示卧式转台上的惯性导航系统的目标姿态角ψ、θ、γ；

计算模块，用于采用如下所示的公式，计算得到第二指令，第二指令用于指示卧式转台的俯仰轴、航向轴和滚转轴各自的转动角度θ′、ψ′、γ′；

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，还包括：

验证模块，用于获取惯性导航系统发送的姿态信息，确定惯性导航系统发送的姿态信息和目标姿态角ψ、θ、γ之间的误差在预设范围内。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述惯性导航系统通过预设夹具固定在卧式转台的回转中心；

在进行仿真试验之前，卧式转台的航向角、俯仰角和滚转角归零；惯性导航系统的x轴指向北，y轴指向天，z轴指向东。

7.一种基于卧式转台的仿真试验系统，其特征在于，包括：卧式转台、转台控制计算机、仿真计算机、模拟串口计算机、伺服舵机系统、任务计算机和待测试的惯性导航系统；

所述待测试的惯性导航系统通过预设夹具固定在卧式转台的回转中心；

所述转台控制计算机与卧式转台连接，用于驱动卧式转台转动；

所述任务计算机用于根据待测试的惯性导航系统和模拟串口计算机采集的数据，通过制导律解算出舵指令并发送给伺服舵机系统，伺服舵机系统用于执行舵指令；

仿真计算机用于采集伺服舵机系统的模拟信号，根据模拟信号生成第一指令，采用如权利要求1-3中任一项所述的方法，计算得到第二指令，并发送给转台控制计算机；

仿真计算机还用于根据时间信息以及伺服舵机系统的模拟信号，生成模拟串口计算机的仿真数据并发送给模拟串口计算机，模拟串口计算机将接收到的仿真数据发送给任务计算机。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括：遥测计算机；

所述遥测计算机接收任务计算机发送的仿真试验数据并存储。

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