RU2757856C1 - Device for hardware simulation of laser angular velocity sensor - Google Patents

Device for hardware simulation of laser angular velocity sensor Download PDF

Info

Publication number
RU2757856C1
RU2757856C1 RU2021105255A RU2021105255A RU2757856C1 RU 2757856 C1 RU2757856 C1 RU 2757856C1 RU 2021105255 A RU2021105255 A RU 2021105255A RU 2021105255 A RU2021105255 A RU 2021105255A RU 2757856 C1 RU2757856 C1 RU 2757856C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
port
calculator
angular velocity
Prior art date
Application number
RU2021105255A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Николаевич Гудов
Дмитрий Владимирович Кузнецов
Александр Николаевич Парфенов
Павел Владимирович Рыжов
Михаил Робертович Фомин
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкопорация "Росатом")
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкопорация "Росатом"), Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкопорация "Росатом")
Priority to RU2021105255A priority Critical patent/RU2757856C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2757856C1 publication Critical patent/RU2757856C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P7/00Measuring speed by integrating acceleration

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

FIELD: gyroscopic instrumentation.
SUBSTANCE: invention relates to the field of gyroscopic instrumentation and can be used for debugging and testing strapdown inertial navigation systems (SINS), made on the basis of laser angular velocity sensors, and navigation and automatic control systems (NACS) of an aircraft (AC), which include SINS data. The device for hardware and software simulation of the laser angular velocity sensor contains the first and second calculators, flash disk, non-volatile memory, first, second and third serial ports, I/O port, programming port, first and second controllers of multiplex data transmission channel, flash controller -disk, nonvolatile memory controller, network port, digital parallel port, expansion bus.
EFFECT: expanding functionality and reducing the cost of creating a gyroscopic channel SINS and NACS as a whole.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области гироскопического приборостроения и может использоваться при отладке и проверках бесплатформенных инерциальных навигационных систем (БИНС), выполненных на базе лазерных датчиков угловых скоростей (ДУС-Л), и систем навигации и автоматического управления (СНАУ) летательным аппаратом (ЛА), в состав которых входят данные БИНС.The invention relates to the field of gyroscopic instrumentation and can be used for debugging and testing strapdown inertial navigation systems (SINS) based on laser angular rate sensors (DUS-L), and navigation and automatic control systems (SNAU) of an aircraft (LA), in which include SINS data.

ДУС-Л входит в состав гироскопического канала БИНС и выдает информацию о приращениях углов поворота (угловой скорости) ЛА вычислителю БИНС. Функционально датчик состоит из чувствительного элемента (ЧЭ) и блока электронного (БЭ).DUS-L is a part of the SINS gyroscopic channel and provides information on the increments of the angles of rotation (angular velocity) of the aircraft to the SINS computer. Functionally, the sensor consists of a sensing element (SE) and an electronic unit (EB).

Существуют разные способы проверки гироскопического канала БИНС. Одним из них являются натурные испытания, в которых проверяют СНАУ и БИНС в реальных условиях применения. Недостатком данного способа являются большие материальные затраты. Другим способом является программно-математическая имитация гироскопического канала БИНС, позволяющая оценить точностные характеристики ДУС-Л и его влияние на работу БИНС и СНАУ в целом.There are different ways to check the SINS gyroscopic channel. One of them is full-scale tests, in which SNAU and SINS are checked in real conditions of use. The disadvantage of this method is the high material costs. Another method is a software-mathematical simulation of the SINS gyroscopic channel, which allows assessing the accuracy characteristics of the DUS-L and its influence on the operation of the SINS and SNAU as a whole.

Известны компьютерные имитаторы гироскопического канала БИНС, которые предназначены для моделирования показаний «идеальных» инерциальных датчиков (Богданов О.Н. Методика согласованного моделирования измерений инерциальных датчиков, траекторных параметров объекта с приложением к задачам инерциальной и спутниковой навигации. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук, МГУ, 2015), основанные на интегрировании уравнения Пуассона. Также известны математические методы имитации работы инерциальных измерителей БИНС с использованием среды Matlab и Simulink (Ледовской М.И. Моделирование адаптивной фильтрации погрешностей инерциальных измерителей БИНС. Ползунковский вестник, №2/1, 1012; Прасолов А.С. и др. Моделирование алгоритма работы бесплатформенной инерциальной навигационной системы для контроля состояния рельсового пути, «Молодой ученый», №15 (119), Август, 2016).Known computer simulators of the SINS gyroscopic channel, which are designed to simulate the readings of "ideal" inertial sensors (Bogdanov ON The technique of coordinated modeling of measurements of inertial sensors, trajectory parameters of an object with an application to the problems of inertial and satellite navigation. Mathematical Sciences, Moscow State University, 2015), based on the integration of the Poisson equation. Also known are mathematical methods for simulating the operation of SINS inertial meters using the Matlab and Simulink environment (Ledovskoy MI Modeling adaptive filtering of errors of SINS inertial meters. Polzunkovsky Bulletin, No. 2/1, 1012; Prasolov A.S. et al. Modeling the algorithm of work strapdown inertial navigation system for monitoring the state of the rail track, "Young Scientist", No. 15 (119), August, 2016).

Достоинством компьютерных (математических) имитаторов является возможность оперативного проведения большого количества виртуальных экспериментов и оперативной корректировки программного обеспечения БИНС по их результатам.The advantage of computer (mathematical) simulators is the ability to quickly conduct a large number of virtual experiments and promptly adjust the SINS software based on their results.

Недостатком известных компьютерных (математических) имитаторов является отсутствие возможности определения влияния гироскопического канала БИНС на работоспособность отдельных устройств, входящих в состав СНАУ.The disadvantage of the known computer (mathematical) simulators is the inability to determine the influence of the SINS gyroscopic channel on the performance of individual devices that are part of the SNAU.

Известен имитатор ДУС-Л (патент РФ №2432592 «Моделирующий комплекс для проверки системы управления беспилотного летательного аппарата», Каманин В.В., Подоплекин Ю.Ф. и др., МПК: G05B 13/04, G07C 11/00, опубл. 27.10.2011, Бюл. №30), который программно реализуется в виде постоянных масштабных коэффициентов датчика. Другие паспортные параметры ДУС-Л в имитаторе отсутствуют, что существенно снижает информативность моделирования и ограничивает сферу применения комплекса.Known simulator DUS-L (RF patent No. 2432592 "Modeling complex for checking the control system of an unmanned aerial vehicle", Kamanin V.V., Podoplekin Yu.F. et al., IPC: G05B 13/04, G07C 11/00, publ . 27.10.2011, Bul. No. 30), which is implemented in software in the form of constant scale factors of the sensor. Other passport parameters of DUS-L are absent in the simulator, which significantly reduces the information content of modeling and limits the scope of the complex.

Известен комплекс математического моделирования динамики движения ЛА на компьютеризированном имитационном стенде (Ильиных В.В. и др. Моделирование динамики полета беспилотного ЛА в компьютеризированном имитационном стенде, ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ» им. академ. Е.И. Забабахина, УДК 629.13, 2015), содержащий в своем составе программно-математическую модель погрешностей ДУС-Л. Данный комплекс позволяет достаточно полно имитировать работу гироскопического канала БИНС, но в нем отсутствует возможность оценить его влияние на работоспособность отдельных устройств, входящих в состав СНАУ, что существенно ограничивает область применения комплекса.A complex of mathematical modeling of the dynamics of aircraft movement on a computerized simulation stand is known (Ilinykh V.V. et al. Modeling the dynamics of flight of an unmanned aircraft in a computerized simulation stand, FSUE "RFNC-VNIITF" named after Academician EI Zababakhin, UDC 629.13, 2015 ), containing in its composition the program-mathematical model of the DUS-L errors. This complex makes it possible to sufficiently fully simulate the operation of the SINS gyroscopic channel, but it does not have the ability to assess its impact on the performance of individual devices that are part of the SNAU, which significantly limits the scope of the complex.

Данный комплекс выбран в качестве наиболее близкого аналога к заявляемому изобретению.This complex is selected as the closest analogue to the claimed invention.

Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание устройства программно-аппаратной имитации лазерного датчика угловых скоростей (ПАИ ДУС-Л), позволяющего проверять (настраивать) гироскопический канал БИНС в лабораторных условиях, без проведения натурных испытаний в составе ЛА.The technical problem to be solved by the claimed invention is the creation of a device for hardware and software imitation of a laser angular velocity sensor (PAI DUS-L), which allows you to check (adjust) the SINS gyroscopic channel in laboratory conditions, without carrying out field tests as part of an aircraft.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является расширение функциональных возможностей и уменьшение стоимости создания гироскопического канала БИНС и СНАУ в целом.The technical result to be achieved by the claimed invention is to expand the functionality and reduce the cost of creating a gyroscopic channel SINS and SNAU as a whole.

Данный результат достигается тем, что ПАИ ДУС-Л содержит первый и второй вычислители, флэш-диск, энергонезависимое запоминающее устройство, первый, второй и третий последовательные порты, порт ввода-вывода, порт программирования, первый и второй контроллеры мультиплексного канала передачи данных, контроллер флэш-диска, контроллер энергонезависимого запоминающего устройства, сетевой порт, цифровой параллельный порт, шину расширения, при этом вход первого контроллера мультиплексного канала передачи данных является первым входом ПАИ ДУС-Л, а выход через шину расширения соединен с первым входом первого вычислителя, второй вход которого соединен с выходом первого последовательного порта, вход которого является вторым входом ПАИ ДУС-Л, вход сетевого порта является третьим входом ПАИ ДУС-Л, а выход соединен с третьим входом первого вычислителя, четвертый вход которого является четвертым входом ПАИ ДУС-Л, выход флэш-диска соединен через контроллер флэш-диска с пятым входом первого вычислителя, выход энергонезависимого запоминающего устройства через контроллер энергонезависимого запоминающего устройства соединен с шестым входом первого вычислителя, первый выход которого через второй последовательный порт соединен с входом третьего последовательного порта, выход которого соединен с первым входом второго вычислителя, второй выход первого вычислителя через цифровой параллельный порт соединен с входом порта ввода-вывода, выход которого соединен со вторым входом второго вычислителя, выход которого соединен с входом второго контроллера мультиплексного канала передачи данных, выход которого является выходом ПАИ ДУС-Л, вход порта программирования является пятым входом ПАИ ДУС-Л, а выход соединен с третьим входом второго вычислителя, четвертый и пятый входы которого являются соответственно шестым и седьмым входами ПАИ ДУС-Л.This result is achieved by the fact that the PAI DUS-L contains the first and second calculators, a flash disk, a non-volatile memory device, the first, second and third serial ports, an input-output port, a programming port, the first and second controllers of the multiplex data transmission channel, a controller flash disk, controller of non-volatile storage device, network port, digital parallel port, expansion bus, while the input of the first controller of the multiplex data transmission channel is the first input of PAI DUS-L, and the output through the expansion bus is connected to the first input of the first calculator, the second input which is connected to the output of the first serial port, the input of which is the second input of PAI DUS-L, the input of the network port is the third input of PAI DUS-L, and the output is connected to the third input of the first calculator, the fourth input of which is the fourth input of PAI DUS-L, the output the flash disk is connected via the flash disk controller to the fifth input of the first calculator, the output of the nonvolatile storage device through the controller of the nonvolatile storage device is connected to the sixth input of the first calculator, the first output of which through the second serial port is connected to the input of the third serial port, the output of which is connected to the first input of the second calculator, the second output of the first calculator through a digital parallel port is connected to the input input-output port, the output of which is connected to the second input of the second calculator, the output of which is connected to the input of the second controller of the multiplex data transmission channel, the output of which is the output of PAI DUS-L, the input of the programming port is the fifth input of PAI DUS-L, and the output is connected to the third input of the second calculator, the fourth and fifth inputs of which are respectively the sixth and seventh inputs of PAI DUS-L.

Расширение функциональных возможностей ПАИ ДУС-Л достигается по двум направлениям - программному и аппаратному. Во-первых, в устройстве программным образом имитируется девиация точностных характеристик ДУС-Л, меняющихся при эксплуатации, как систематическим, так и случайным образом, что позволяет оценить погрешности работы гироскопического канала БИНС в зависимости от параметров конкретного датчика. Во-вторых, возможность формирования значений приращений углов в режиме реального времени позволяет в лабораторных условиях отладить работу отдельных аппаратных узлов СНАУ и системы в целом.Expansion of the functionality of PAI DUS-L is achieved in two directions - software and hardware. First, the device simulates in software the deviation of the accuracy characteristics of the DUS-L, which vary during operation, both systematically and randomly, which makes it possible to estimate the errors in the operation of the SINS gyroscopic channel depending on the parameters of a particular sensor. Secondly, the possibility of forming the values of the increments of angles in real time allows in laboratory conditions to debug the operation of individual hardware nodes of the SNAU and the system as a whole.

Снижение стоимости создания гироскопического канала БИНС (и СНАУ в целом) достигается благодаря возможности оперативного проведения большого количества виртуальных опытов и оперативной корректировки программного обеспечения БИНС и СНАУ по их результатам.Reducing the cost of creating a SINS gyroscopic channel (and SNAU as a whole) is achieved due to the ability to quickly conduct a large number of virtual experiments and promptly adjust the SINS and SNAU software based on their results.

Кроме того, на стадии отработки, вместо дорогого и трудоемкого в изготовлении ДУС-Л используется относительно дешевое устройство ПАИ ДУС-Л на основе одноплатного компьютера.In addition, at the stage of development, instead of the expensive and laborious DUS-L in the manufacture, a relatively cheap PAI DUS-L device based on a single-board computer is used.

На фигуре представлена структурная схема ПАИ ДУС-Л.The figure shows a block diagram of PAI DUS-L.

Данное устройство содержит первый контроллер 1 мультиплексного канала передачи данных (МКПД), флэш-диск 2, энергонезависимое запоминающее устройство 3, шину 4 расширения, контроллер 5 флэш-диска, контроллер 6 энергонезависимого запоминающего устройства, первый последовательный порт 7, первый вычислитель 8, сетевой порт 9, второй последовательный порт 10, цифровой параллельный порт 11, порт 13 ввода-вывода, порт 14 программирования, второй вычислитель 15, второй контроллер 16 МКПД.This device contains the first controller 1 of the multiplexed data transmission channel (MCPD), flash disk 2, non-volatile storage device 3, expansion bus 4, controller 5 of the flash disk, controller 6 of non-volatile storage device, first serial port 7, first computer 8, network port 9, second serial port 10, digital parallel port 11, input-output port 13, programming port 14, second calculator 15, second MCPD controller 16.

Вход первого контроллера 1 МКПД является первым входом ПАИ ДУС-Л, а выход через шину 4 расширения соединен с первым входом первого вычислителя 8. Второй вход первого вычислителя 8 соединен с выходом первого последовательного порта 7, вход которого является вторым входом ПАИ ДУС-Л. Вход сетевого порта 9 является третьим входом ПАИ ДУС-Л, а выход соединен с третьим входом первого вычислителя 8. Четвертый вход первого вычислителя 8 является четвертым входом ПАИ ДУС-Л. Выход флэш-диска 2 соединен через контроллер 5 флэш-диска с пятым входом первого вычислителя 8. Выход энергонезависимого запоминающего устройства 3 через контроллер 6 энергонезависимого запоминающего устройства соединен с шестым входом первого вычислителя 8. Первый выход первого вычислителя 8 через второй последовательный порт 10 соединен с входом третьего последовательного порта 12, выход которого соединен с первым входом второго вычислителя 15. Второй выход первого вычислителя 8 через цифровой параллельный порт 11 соединен с входом порта 13 ввода-вывода, выход которого соединен со вторым входом второго вычислителя 15. Выход второго вычислителя 15 соединен с входом второго контроллера 16 МКПД, выход которого является выходом ПАИ ДУС-Л. Вход порта 14 программирования является пятым входом ПАИ ДУС-Л, а выход соединен с третьим входом второго вычислителя 15. Четвертый и пятый входы второго вычислителя 15 являются соответственно шестым и седьмым входами ПАИ ДУС-Л.The input of the first controller 1 MKPD is the first input of PAI DUS-L, and the output through the expansion bus 4 is connected to the first input of the first calculator 8. The second input of the first calculator 8 is connected to the output of the first serial port 7, the input of which is the second input of PAI DUS-L. The input of the network port 9 is the third input of the PAI DUS-L, and the output is connected to the third input of the first calculator 8. The fourth input of the first calculator 8 is the fourth input of the PAI DUS-L. The output of the flash disk 2 is connected through the controller 5 of the flash disk to the fifth input of the first calculator 8. The output of the nonvolatile memory device 3 is connected through the controller 6 of the nonvolatile memory device to the sixth input of the first calculator 8. The first output of the first calculator 8 is connected to the input of the third serial port 12, the output of which is connected to the first input of the second calculator 15. The second output of the first calculator 8 through the digital parallel port 11 is connected to the input of the input-output port 13, the output of which is connected to the second input of the second calculator 15. The output of the second calculator 15 is connected with the input of the second controller 16 MKPD, the output of which is the output of PAI DUS-L. The input of the programming port 14 is the fifth input of the PAI DUS-L, and the output is connected to the third input of the second calculator 15. The fourth and fifth inputs of the second calculator 15 are, respectively, the sixth and seventh inputs of the PAI DUS-L.

Первый вычислитель 8, первый контроллер 1 МКПД, флэш-диск 2, энергонезависимое запоминающее устройство 3, контроллеры флэш-диска 5 и энергонезависимого запоминающего устройства 6, первый 7 и второй 10 последовательные порты, цифровой параллельный порт 11, шина 4 расширения и сетевой порт 7 образуют имитатор ЧЭ ДУС-Л.The first calculator 8, the first controller 1 MCPD, flash disk 2, non-volatile storage device 3, controllers for flash disk 5 and non-volatile storage device 6, first 7 and second 10 serial ports, digital parallel port 11, expansion bus 4 and network port 7 form a simulator CHE DUS-L.

Второй вычислитель 15, второй контроллер 16 МКПД, порт 14 программирования, порт 13 ввода-вывода и третий последовательный порт 12 образуют имитатор БЭ ДУС-Л.The second computer 15, the second controller 16 MCPD, the programming port 14, the input-output port 13 and the third serial port 12 form the BE DUS-L simulator.

На вход первого контроллера 1 МКПД с внешнего устройства (на фигуре не показан) подаются моделируемые угловые скорости траектории полета ЛА и основные паспортные параметры ДУС-Л, поступающие через шину 4 расширения на первый вычислитель 8.The simulated angular velocities of the aircraft flight path and the main passport parameters of the DUS-L are fed to the input of the first controller 1 MCPD from an external device (not shown in the figure) and fed through the expansion bus 4 to the first calculator 8.

Первый контроллер 1 МКПД предназначен для приема посылок от внешнего устройства и преобразования формата поступающих кодов. Первый контроллер 1 МКПД может быть выполнен на основе терминала МКПД, подключаемого к шине 4 расширения (например, ISA).The first controller 1 MCPD is designed to receive parcels from an external device and convert the format of the incoming codes. The first MCPD controller 1 can be based on the MCPD terminal connected to the expansion bus 4 (for example, ISA).

Первый вычислитель 8 осуществляет функции обработки входных данных и расчета точностных характеристик ДУС-Л согласно паспортным параметрам по разработанной математической модели. Первый вычислитель 8 может быть изготовлен на быстродействующем центральном процессоре и оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ).The first calculator 8 carries out the functions of processing input data and calculating the accuracy characteristics of the DUS-L according to the passport parameters according to the developed mathematical model. The first calculator 8 can be made on a high-speed central processor and random access memory (RAM).

На второй вход ПАИ ДУС-Л (вход первого последовательной порта 7) с внешнего устройства поступают дополнительные паспортные параметры ДУС-Л. Первый последовательный порт 7 может быть выполнен на основе стандартных последовательных интерфейсов (RS-232, RS-422, RS-485).To the second input of PAI DUS-L (input of the first serial port 7), additional passport parameters of DUS-L are received from an external device. The first serial port 7 can be based on standard serial interfaces (RS-232, RS-422, RS-485).

Через сетевой порт 9 (типа LAN) в ОЗУ первого вычислителя 8 загружается программа управления ПАИ ДУС-Л.Through the network port 9 (LAN type), the control program PAI DUS-L is loaded into the RAM of the first calculator 8.

В качестве флэш-диска 2 может быть использовано любое внешнее устройство с много кратно перезаписываемой флэш-памятью. Контроллер 5 управляет флэш-диском 2, из которого в первый вычислитель 8 имитатора ЧЭ записывается операционная система реального времени (ОСРВ). Ее тип выбирается, исходя из требований быстродействия работы ПАИ ДУС-Л.Any external device with multiple rewritable flash memory can be used as flash disk 2. The controller 5 controls the flash disk 2, from which the real-time operating system (RTOS) is written to the first computer 8 of the SE simulator. Its type is selected based on the performance requirements of PAI DUS-L.

К первому вычислителю 8 через контроллер 6 подключено энергонезависимое запоминающее устройство 3, в котором хранятся паспортные параметры ДУС-Л. Энергонезависимое запоминающее устройство 3 может быть реализовано на основе стандартных сегнетоэлектрических микросхем.A non-volatile memory 3 is connected to the first calculator 8 through the controller 6, in which the passport parameters of the DUS-L are stored. Non-volatile memory 3 can be implemented on the basis of standard ferroelectric microcircuits.

Второй 10 и третий 12 последовательные порты могут быть выполнены на основе стандартных последовательных интерфейсов персонального компьютера.The second 10 and third 12 serial ports can be implemented on the basis of standard serial interfaces of a personal computer.

Цифровой параллельный порт 11 и порт 13 ввода вывода представляют собой стандартные многоканальные дискретные порты ввода-вывода одноплатных компьютеров.Digital parallel port 11 and I / O port 13 are standard multichannel discrete I / O ports on single board computers.

Второй вычислитель 15 выполняет функции приема и передачи информации на контроллер рулевых приводов СНАУ, а также вычисления временных параметров имитируемой траектории движения ЛА. Второй вычислитель 15 может быть выполнен на основе процессора цифровой обработки сигналов.The second computer 15 performs the functions of receiving and transmitting information to the controller of steering drives SNAU, as well as calculating the time parameters of the simulated trajectory of the aircraft. The second calculator 15 can be made on the basis of a digital signal processor.

Второй контроллер 16 МКПД преобразует и передает на внешнее устройство вычисленные значения угловых скоростей и временные параметры моделируемой траектории движения ЛА. Второй контроллер 16 МКПД может быть выполнен на микросхеме терминала МКПД.The second controller 16 MCPD converts and transmits to the external device the calculated values of angular velocities and time parameters of the simulated trajectory of the aircraft. The second controller 16 MCPD can be executed on a microcircuit of the terminal MCPD.

Устройство ПАИ ДУС-Л работает следующим образом.The PAI DUS-L device works as follows.

В ОЗУ первого вычислителя 8 загружается ОСРВ, в которой устанавливают длительность ее системного такта, равную 50 мкс. Затем идет конфигурация микросхем энергонезависимого запоминающего устройств 3, из которой при включении питания автоматически считывают предыдущие дополнительные и основные паспортные параметры ДУС-Л, с которыми начинается работа ПАИ ДУС-Л до ввода новых значений через первый последовательный порт 7. Далее инициализируется цифровой параллельный порт 11, контроллеры МКПД 1 и 16 конфигурируются в качестве оконечного устройства, настраивают на необходимую скорость передачи данных все последовательные порты 7, 10, 12. Второй вычислитель 15 генерирует тактирующий сигнал, имитирующий выходные импульсы датчика углового положения ДУС-Л. Это тактирующий сигнал через цифровой параллельный порт 11 подается в первый вычислитель 8 и используется в программе управления имитатором ЧЭ для формирования необходимых прерываний. Далее считывается адрес оконечного устройства, который присваивается ПАИ ДУС-Л в БИНС. После этого, по переднему фронту тактирующего сигнала начинается этап имитации полета ЛА. По третьему последовательному порту 12 во второй вычислитель 15 от имитатора ЧЭ передаются рассчитанные угловые приращения.The RTOS is loaded into the RAM of the first calculator 8, in which the duration of its system cycle is set equal to 50 μs. Then comes the configuration of non-volatile memory microcircuits 3, from which, when the power is turned on, the previous additional and main passport parameters of the DUS-L are automatically read, with which the PAI DUS-L begins to work until the new values are entered through the first serial port 7. Next, the digital parallel port 11 is initialized , controllers MKPD 1 and 16 are configured as a terminal device, set all serial ports 7, 10, 12 to the required data transfer rate. The second calculator 15 generates a timing signal that simulates the output pulses of the angular position sensor DUS-L. This clock signal is fed through the digital parallel port 11 to the first calculator 8 and is used in the control program of the SE simulator to generate the necessary interrupts. Next, the address of the terminal device is read, which is assigned to the PAI DUS-L in the SINS. After that, on the leading edge of the timing signal, the stage of aircraft flight simulation begins. The calculated angular increments are transmitted from the SE simulator via the third serial port 12 to the second computer 15.

Обработка входной информации о траектории движения ЛА, задаваемой с внешнего устройства, происходит в каждом периоде сигнала датчика углового положения. В режиме имитации полета, на первый вход устройства через первый котроллер 1 МКПД передаются значения текущей и прогнозируемой угловой скорости по трем осям ДУС-Л, а с выхода второго контроллера 16 МКПД устройство выдает значения приращений угловых скоростей по трем осям (с учетом характеристик ДУС-Л) и значения интервалов времени, необходимых для построения имитируемой траектории полета ЛА. В программе управления имитатором ЧЭ создаются несколько потоков данных (поступают на вход сетевого порта 9), работающих в режиме прерываний ОСРВ, что позволяет достичь погрешности измерения интервалов времени, не превышающей микросекунды. В процессе работы ДУС-Л также имитируется режимы переброса периметра кольцевого лазера и восстановления информативности ДУС-Л после завершения режима переброса, что позволяет отработать алгоритмы управления БЭ и БИНС в целом.The processing of the input information about the trajectory of the aircraft movement, set from an external device, occurs in each period of the angular position sensor signal. In the flight simulation mode, the values of the current and predicted angular velocity along the three axes of the DUS-L are transmitted to the first input of the device through the first controller 1 of the MCPD, and from the output of the second controller 16 MCPD the device gives the values of the increments of the angular rates along the three axes (taking into account the characteristics of the DUS- L) and the values of the time intervals required to construct the simulated flight trajectory of the aircraft. In the control program of the SE simulator, several data streams are created (fed to the input of the network port 9), operating in the RTOS interrupt mode, which makes it possible to achieve an error in measuring time intervals that does not exceed microseconds. During the operation of the DUS-L, the modes of the ring laser perimeter flip and the restoration of the information content of the DUS-L after the completion of the flip mode are also imitated, which makes it possible to work out the control algorithms for the BE and SINS as a whole.

В программной части заявляемого устройства (математической модели) технические характеристики ДУС-Л представляются основными и дополнительными паспортными параметрами. К основным относятся: систематические составляющие погрешностей измерений угловой скорости, коэффициенты дрейфа, масштабные коэффициенты осей чувствительности ДУС-Л и матрица перехода от система координат датчика в систему координат БИНС. Дополнительными паспортными параметрами ДУС-Л являются: нестабильность масштабных коэффициентов, невоспроизводимые части смещений нулей и случайные составляющие погрешности измерения угловой скорости.In the software part of the proposed device (mathematical model), the technical characteristics of the DUS-L are represented by the main and additional passport parameters. The main ones include: systematic components of the angular velocity measurement errors, drift coefficients, scale coefficients of the DUS-L sensitivity axes and the matrix of the transition from the sensor coordinate system to the SINS coordinate system. Additional passport parameters of the DUS-L are: instability of scale factors, non-reproducible parts of zero offsets and random components of the angular velocity measurement error.

Систематические составляющие измерения угловой скорости Δsist и невоспроизводимые части смещения нуля μ, вычисляются для i-й оси по формуле:The systematic components of the angular velocity measurement Δ sist and the non-reproducible parts of the zero offset μ are calculated for the i-th axis by the formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

Пересчет скоростей из системы координат БИНС в систему координат ДУС-Л осуществляется в соответствии с (2).The recalculation of velocities from the SINS coordinate system to the DUS-L coordinate system is carried out in accordance with (2).

Figure 00000002
Figure 00000002

где ωIZD_i - скорость i-й оси в системе координат БИНС;where ω IZD_i is the speed of the i-th axis in the SINS coordinate system;

Figure 00000003
- элементы матрицы А перехода от система координат БИНС в систему координат ДУС-Л.
Figure 00000003
- elements of the matrix A for the transition from the SINS coordinate system to the DUS-L coordinate system.

Пересчет угловых скоростей для i-й оси из размерности [рад/с] в [°/ч] производится по формуле (3):The angular velocities for the i-th axis are recalculated from the dimension [rad / s] to [° / h] according to the formula (3):

Figure 00000004
Figure 00000004

Далее вводится добавка, учитывающая прогнозируемые скорости, в соответствии с формулой:Next, an additive is introduced, taking into account the predicted speeds, in accordance with the formula:

Figure 00000005
Figure 00000005

где

Figure 00000006
- текущая и прогнозируемая скорости по i-й оси ДУС-Л соответственно, задаваемые с персонального компьютера;where
Figure 00000006
- current and predicted speeds along the i-th axis of DUS-L, respectively, set from a personal computer;

t_DUP - время текущего вызова ПАИ ДУС-Л [с];t_DUP - time of the current PAI DUS-L call [s];

t_UVM - время последнего вызова внешнего устройства [с];t_UVM - time of the last call to an external device [s];

Т_UVM - период кадра МКПД [с].T_UVM - period of the MCDT frame [s].

Далее к заданным угловым скоростям добавляются погрешности ДУС-Л, входящие в состав его технических параметров:Further, the DUS-L errors, which are part of its technical parameters, are added to the given angular velocities:

Figure 00000007
Figure 00000007

где Δi[°/ч] - постоянное смещение нуля по i-ой оси ДУС-Л, рассчитанное по формуле (1);where Δ i [° / h] - constant zero offset along the i-th axis of DUS-L, calculated by the formula (1);

σi[°/ч] ~ случайная составляющая погрешности измерения i-ой оси ДУС-Л. Данная величина изменяется в каждом периоде T_DUP с нулевым математическим ожиданием и нормальной плотностью распределения вероятности со среднеквадратическим отклонением, заданным оператором;σ i [° / h] ~ random component of the measurement error of the i-th axis of DUS-L. This value changes in each T_DUP period with zero mathematical expectation and normal probability distribution with the standard deviation specified by the operator;

Figure 00000008
- коэффициент дрейфа нуля i-й оси ДУС-Л;
Figure 00000008
- coefficient of zero drift of the i-th axis of DUS-L;

T - время, прошедшее с начала имитации траектории движения [с].T is the time elapsed since the beginning of the simulation of the motion trajectory [s].

Соответственно, угловое приращение αi, измеряемое i-й осью ДУС-Л за период вызова ПАИ ДУС-Л [с], рассчитывается по формуле:Accordingly, the angular increment α i , measured by the i-th axis of DUS-L during the period of calling PAI DUS-L [s], is calculated by the formula:

Figure 00000009
Figure 00000009

Количество информационных импульсов, выдаваемое счетчиком i-ой оси, соответствующее приращению αi, определяется в соответствии с формулой:The number of information pulses issued by the counter of the i-th axis, corresponding to the increment α i , is determined in accordance with the formula:

Figure 00000010
Figure 00000010

где MKi - масштабный коэффициент i-й оси ДУС-Л [''/имп];where MK i is the scale factor of the i-th axis of DUS-L ['' / imp];

γi - нестабильность масштабного коэффициента i-й оси ДУС-Л [''/имп].γ i - instability of the scale factor of the i-th axis of DUS-L ['' / imp].

γi является реализацией случайной величины и изменяется в каждом периоде T_DUP с нулевым математическим ожиданием и нормальной плотностью распределения вероятности со среднеквадратическим отклонением, заданным оператором.γ i is a realization of a random variable and changes in each period T_DUP with zero mathematical expectation and normal probability distribution density with standard deviation given by the operator.

Учитываются только целые значения Ni. Остаток от деления по формуле (7) не отбрасывается, а накапливается. При достижении остатком значения единицы (минус единицы, в случае скорости с отрицательным знаком), он обнуляется, а полученная единица прибавляется (вычитается) к величине Ni.Only integer values of N i are taken into account. The remainder of the division by formula (7) is not discarded, but accumulated. When the remainder reaches the value of one (minus one, in the case of a speed with a negative sign), it is reset to zero, and the resulting unit is added (subtracted) to the value of N i .

При моделировании траектории движения ЛА, сначала считываются приращения угловых скоростей и умножаются на матрицу перехода (2). Далее производится изменение размерности скоростей (3), учитывается линейная добавка скорости (4), вычисляется невоспроизводимая часть смещения нуля ДУС-Л и добавляется систематическая погрешность измерения угловой скорости (1), вычисляется общее время имитации траектории движения, добавляются случайная погрешность измерения угловой скорости и дрейф нуля ДУС-Л с нормальной плотностью распределения вероятности (5), значения скоростей переводятся в угловые приращения (6), которые умножаются на масштабные коэффициенты (7) с учетом их нестабильности, распределенной по нормальному закону, и учитывается нецелочисленность значений приращений углов поворота. Обработанная информация передается на выход ПАИ ДУС-Л и дальше на контроллер рулевых приводов СНАУ.When modeling the trajectory of the aircraft, the increments of angular velocities are first read and multiplied by the transition matrix (2). Next, the dimension of the velocities (3) is changed, the linear addition of the velocity (4) is taken into account, the non-reproducible part of the zero offset of the DUS-L is calculated and the systematic error in measuring the angular velocity (1) is added, the total time for simulating the trajectory of motion is calculated, the random error in measuring the angular velocity is added and zero drift of DUS-L with a normal density of the probability distribution (5), the values of the velocities are converted into angular increments (6), which are multiplied by the scale factors (7) taking into account their instability distributed according to the normal law, and the non-integer values of the increments of the angles of rotation are taken into account. The processed information is transmitted to the PAI DUS-L output and further to the SNAU steering drive controller.

Авторами разработано устройство для программно-аппаратной имитации лазерного датчика угловых скоростей. Устройство включает в себя имитатор ЧЭ на основе платы микрокомпьютера СРС109 с центральным процессором Vortex86DX, и имитатор БЭ с процессором цифровой обработки сигналов типа 1867ВЦ5TDD1. В качестве внешнего устройства задействован персональный компьютер, в котором установлен контроллер шины МКПД на основе платы МВ26.14. Программа управления имитатором ЧЭ написана на языке Си в среде программирования QNX Momentics IDE и работает под управлением ОСРВ QNX6. Программа управления имитатором БЭ создана в программной оболочке Code Composer Studio также на языке Си. Прикладные программы для ПК написаны в среде программирования C++Builder 6 с использованием соответствующих динамических библиотек.The authors have developed a device for hardware and software simulation of a laser angular velocity sensor. The device includes a SE simulator based on a CPC109 microcomputer board with a Vortex86DX central processor, and an EC simulator with a digital signal processor of the 1867VTs5TDD1 type. A personal computer is used as an external device, in which an MKPD bus controller is installed based on the MB26.14 board. The control program for the SE simulator is written in C in the QNX Momentics IDE and runs under the control of the QNX6 RTOS. The control program for the BE simulator was created in the Code Composer Studio software shell also in the C language. The PC applications are written in the C ++ Builder 6 programming environment using the appropriate dynamic link libraries.

Устройство апробировано на стенде полунатурного моделирования при проверке аппаратных средств, отвечающих за передачу сигналов по мультиплексным каналам передачи данных от БИНС к исполнительным устройствам СНАУ. Внедрение устройства программно-аппаратной имитации лазерного датчика угловых скоростей на этапе разработки позволило оперативно устранить ряд недостатков узлов СНАУ, провести отладку алгоритма работы БИНС, сократить длительность и трудозатраты проведения испытаний.The device was tested at the semi-natural simulation stand when checking the hardware responsible for transmitting signals over multiplex data transmission channels from the SINS to the SNAU actuators. The introduction of a device for hardware and software simulation of a laser angular velocity sensor at the development stage made it possible to quickly eliminate a number of shortcomings of the SNAU units, debug the SINS operation algorithm, and reduce the duration and labor costs of testing.

Claims (1)

Устройство программно-аппаратной имитации лазерного датчика угловых скоростей, содержащее первый и второй вычислители, флэш-диск, энергонезависимое запоминающее устройство, первый, второй и третий последовательные порты, порт ввода-вывода, порт программирования, первый и второй контроллеры мультиплексного канала передачи данных, контроллер флэш-диска, контроллер энергонезависимого запоминающего устройства, сетевой порт, цифровой параллельный порт, шину расширения, при этом вход первого контроллера мультиплексного канала передачи данных является первым входом устройства программно-аппаратной имитации лазерного датчика угловых скоростей, а выход через шину расширения соединен с первым входом первого вычислителя, второй вход которого соединен с выходом первого последовательного порта, вход которого является вторым входом устройства программно-аппаратной имитации лазерного датчика угловых скоростей, вход сетевого порта является третьим входом устройства программно-аппаратной имитации лазерного датчика угловых скоростей, а выход соединен с третьим входом первого вычислителя, четвертый вход которого является четвертым входом устройства программно-аппаратной имитации лазерного датчика угловых скоростей, выход флэш-диска соединен через контроллер флэш-диска с пятым входом первого вычислителя, выход энергонезависимого запоминающего устройства через контроллер энергонезависимого запоминающего устройства соединен с шестым входом первого вычислителя, первый выход которого через второй последовательный порт соединен с входом третьего последовательного порта, выход которого соединен с первым входом второго вычислителя, второй выход первого вычислителя через цифровой параллельный порт соединен с входом порта ввода-вывода, выход которого соединен со вторым входом второго вычислителя, выход которого соединен с входом второго контроллера мультиплексного канала передачи данных, выход которого является выходом устройства программно-аппаратной имитации лазерного датчика угловых скоростей, вход порта программирования является пятым входом устройства программно-аппаратной имитации лазерного датчика угловых скоростей, а выход соединен с третьим входом второго вычислителя, четвертый и пятый входы которого являются соответственно шестым и седьмым входами устройства программно-аппаратной имитации лазерного датчика угловых скоростей.A device for hardware and software simulation of a laser angular velocity sensor, containing the first and second calculators, flash disk, non-volatile memory, first, second and third serial ports, input-output port, programming port, first and second controllers of multiplex data transmission channel, controller flash disk, controller of nonvolatile storage device, network port, digital parallel port, expansion bus, while the input of the first controller of the multiplex data transmission channel is the first input of the device for hardware and software simulation of the laser angular velocity sensor, and the output through the expansion bus is connected to the first input of the first calculator, the second input of which is connected to the output of the first serial port, the input of which is the second input of the device for hardware and software simulation of the laser angular velocity sensor, the input of the network port is the third input of the device for hardware and software simulation of the laser angular velocity sensor, and the output is connected to the third input of the first calculator, the fourth input of which is the fourth input of the device for hardware and software simulation of the laser angular velocity sensor, the flash disk output is connected via the flash disk controller to the fifth input of the first calculator, the output of the nonvolatile memory device through the controller of the non-volatile memory device is connected to the sixth input of the first calculator, the first output of which through the second serial port is connected to the input of the third serial port, the output of which is connected to the first input of the second calculator, the second output of the first calculator through a digital parallel port is connected to the input of the input-output port , the output of which is connected to the second input of the second calculator, the output of which is connected to the input of the second controller of the multiplex data transmission channel, the output of which is the output of the device for hardware and software simulation of the laser angular velocity sensor d, the programming port input is the fifth input of the device for hardware and software simulation of the laser angular velocity sensor, and the output is connected to the third input of the second calculator, the fourth and fifth inputs of which are, respectively, the sixth and seventh inputs of the device for hardware and software simulation of the laser angular velocity sensor.
RU2021105255A 2021-03-01 2021-03-01 Device for hardware simulation of laser angular velocity sensor RU2757856C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021105255A RU2757856C1 (en) 2021-03-01 2021-03-01 Device for hardware simulation of laser angular velocity sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021105255A RU2757856C1 (en) 2021-03-01 2021-03-01 Device for hardware simulation of laser angular velocity sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2757856C1 true RU2757856C1 (en) 2021-10-21

Family

ID=78289621

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021105255A RU2757856C1 (en) 2021-03-01 2021-03-01 Device for hardware simulation of laser angular velocity sensor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2757856C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1862221A (en) * 2005-05-10 2006-11-15 北京航空航天大学 Calibrating method for laser self-collimation angle measuring system
RU2432592C1 (en) * 2010-10-14 2011-10-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Simulator complex for checking control system of unmanned aircraft
RU2502050C1 (en) * 2012-07-02 2013-12-20 Общество с ограниченной ответственностью "Инновационные технологии" Method and device of control of inertial navigation system
RU2015115739A (en) * 2015-04-27 2016-11-20 Общество с ограниченной ответственностью "Экспериментальная мастерская НаукаСофт" Software and hardware control complex of the simulation stand (PAUK IS)

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1862221A (en) * 2005-05-10 2006-11-15 北京航空航天大学 Calibrating method for laser self-collimation angle measuring system
RU2432592C1 (en) * 2010-10-14 2011-10-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Simulator complex for checking control system of unmanned aircraft
RU2502050C1 (en) * 2012-07-02 2013-12-20 Общество с ограниченной ответственностью "Инновационные технологии" Method and device of control of inertial navigation system
RU2015115739A (en) * 2015-04-27 2016-11-20 Общество с ограниченной ответственностью "Экспериментальная мастерская НаукаСофт" Software and hardware control complex of the simulation stand (PAUK IS)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106844822B (en) Carrier rocket semi-physical simulation method supporting rapid virtual-real interchange
Zhang et al. High fidelity virtualization of cyber-physical systems
US20190163449A1 (en) Method and system for simulating a control program
CN103616037B (en) A kind of self-test and self-calibration method of IMU calibration system
CN101739031B (en) Small satellite attitude control ground simulating device and method
US20020022939A1 (en) Control program development support apparatus
CN111061164A (en) Unmanned aerial vehicle semi-physical simulation system and simulation method
CN112131741B (en) Real-time dual-kernel single-machine semi-physical simulation architecture and simulation method
CN102346441B (en) Encoder signal simulation device and method thereof
CN111238534B (en) Method for determining optimal test time of laser inertial measurement unit based on evidence reasoning
RU2757856C1 (en) Device for hardware simulation of laser angular velocity sensor
CN115096605B (en) Automobile testing method, system, electronic equipment and storage medium
Maciel Development of a low-cost avionics platform for small-scale model airplanes
Salzmann et al. Framework for fast real-time applications in automatic control education
He et al. Design of flight closed loop simulation system based on Runge-Kutta algorithm
CN108460205A (en) A kind of platform sensor signal source scaling method and system based on Lua scripts
CN112083661B (en) Integrated virtual simulation test system
Jifeng et al. Influence and recovery of navigation system failure under complex electromagnetic environment
RU2767712C1 (en) Complex for semi-natural simulation of movement of aircraft destruction means
EP0150258A2 (en) Method for propagating unknown digital values in a hardware based complex circuit simulation system
Larkin et al. Serial interface converter of micromechanical sensors to a parallel interface
SU1596309A1 (en) Device for determining intermediate coordinates of revolving object
CN115599112A (en) Micro-nano satellite attitude and orbit control real-time simulation test system and method
García et al. Hard Real Time Based on Linux/RTAI for Plant Simulation and Control Systems Evaluation
Abugchem et al. A test facility for experimental HIL analysis of industrial embedded control systems