[发明专利]水下航行器组合导航与控制半实物仿真试验系统无效

专利信息
申请号: 201010544937.7 申请日: 2010-11-11
公开(公告)号: CN102004447A 公开(公告)日: 2011-04-06
发明(设计)人: 杨惠珍;康凤举;谢攀;张静;王圣洁 申请(专利权)人: 西北工业大学
主分类号: G05B17/02 分类号: G05B17/02;G01C21/20;G01C21/16
代理公司: 西北工业大学专利中心 61204 代理人: 顾潮琪
地址: 710072 *** 国省代码: 陕西;61
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摘要:
搜索关键词: 水下 航行 组合 导航 控制 实物 仿真 试验 系统
【说明书】:

技术领域

本发明涉及一种半实物仿真系统,具有捷联惯性导航+GPS/北斗(GPS/BD)+多普勒测速仪+深度传感器的组合导航与控制系统仿真功能,适用于多种水下航行器的组合导航控制系统的理论方法研究、工程应用技术开发和系统性能检测与验证。

背景技术

半实物仿真试验又称为硬件在回路中仿真,它是指在系统研究中,把数学模型、实体模型(物理效应模型)和系统的实际设备(实物)联系在一起运转。利用半实物仿真系统,可以检验系统中某些部件的性能,可以进一步校正系统的数学模型,从而在实验室内全面地检验和评定系统设计的合理性和各部件工作的协调性,在武器系统研制中发挥了重要作用,具有经济性和安全性的特点。

水下航行器导航技术与飞机、导弹等飞行器导航技术相比,具有工作时间长、环境复杂、信息源少、隐蔽性要求高等特点,因此水下导航具有更大的难度。在水下航行器导航与控制系统半实物仿真技术研究方面,卢淑娟等人在《水下航行器组合导航仿真系统设计与实现》中提出的自主水下航行器(AUV)SINS/DVL组合导航的实时仿真系统由载体计算机和导航计算机组成,其中AUV模型解算主要由载体计算机完成,导航计算机负责解算AUV导航系统的导航参数。严卫生在《水下航行器导航与控制实时仿真系统》一文中建立的仿真系统由两部分组成:导航与控制实时仿真系统和自动驾驶仪的导航控制计算机,其中实时仿真系统由两台联网的计算机和两个接口转换器组成,以模拟多普勒测速仪、罗经和深度传感器等外围设备信息,并将模拟的信息参数提供给导航控制计算机。以上仿真系统都是基于计算机的数字仿真,用计算机模拟传感器设备为控制系统提供虚拟信号,没有接入真实的导航与控制组件。

王彦恺在《基于SINS/GPS/DVL组合导航的AUV半实物仿真系统设计》中设计了一种AUV半实物仿真系统。从文中所列的AUV半实物仿真系统结构图和AUV导航与控制流程图可以看出,该系统的多普勒信号仿真器和GPS仿真器仍采用计算机数字信号模拟,而且在系统中没有接入水压仿真器的压力信号,未构成完整的闭环仿真系统。谢攀在《一种新型UUV半实物仿真系统设计与实现》中给出了GPS模拟子系统、多普勒测速模拟装置和水压仿真器子系统的测试结果,但没有给出闭环仿真系统的实验结果,没有解决捷联惯导系统的线加速度模拟问题以及模型解算和导航解算的同步问题。

专利200610011580.X提出了一种SINS/CNS/GPS组合导航半实物仿真系统,专利200610089437.2中提出了一种捷联惯导/天文组合导航半实物仿真系统。这两种半实物仿真系统利用轨迹发生器生成标称轨迹数据,然后叠加上SINS、CNS、GPS等器件的误差数据来研究组合导航系统的动态性能。但是这两种半实物仿真系统未考虑航行器的动力学和运动学模型,而且这两种半实物仿真系统没有构成导航控制系统的全闭环仿真试验,也没有深度模拟装置,不适合水下航行器的组合导航。

发明内容

现有的仿真系统没有解决惯导系统线加速度信号仿真问题,无法构成导航控制系统的全闭环仿真试验,本发明提供一种水下航行器组合导航与控制半实物仿真试验系统,实现了对IMU惯导组件、多普勒测速仪组件、深度传感器组件的性能测试,可进行导航控制算法的研究,全部实物与仿真设备连接构成半实物闭环仿真系统,实现了水下航行器组合导航控制系统的联调与测试。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:仿真试验系统包括ADI实时仿真计算机、捷联惯性导航子系统(SINS子系统)、卫星导航子系统、导航控制计算机、舵机、多普勒(DVL)导航子系统、虚拟线加速度计和深度模拟子系统。

ADI实时仿真计算机解算水下航行器的动力学和运动学数学模型,计算出水下航行器的位置、姿态、速度和航向信息。

SINS子系统包括反射内存通讯板、角运动模拟器和IMU惯性测量装置。IMU惯性测量装置固定在角运动模拟器上,实时敏感水下航行器在载体坐标系下的三个角加速度和角速度,并送到导航控制计算机。角运动模拟器通用反射内存接收来自ADI实时仿真计算机的水下航行器姿态信息,模拟水下航行器的姿态运动,为惯性组件提供虚拟试验环境。

卫星导航子系统包括卫星导航模拟器和卫星导航接收机。卫星导航模拟器可实现对真实卫星导航系统的模拟——根据ADI实时仿真计算机发出的水下航行器的运动信息实时生成并发射GPS/BD信号载波,卫星导航接收机通过射频天线实时地接收卫星导航模拟器发射的卫星导航信号,然后把水下航行器所处的位置和在导航坐标下的速度信息通过RS232串口送给导航控制计算机。

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