[发明专利]捷联惯性/卫星组合导航检测系统及其仿真测试方法

权利要求书

1.一种捷联惯性/卫星组合导航半实物实验系统，其特征在于，包括：捷联惯导子系统、卫星导航子系统、导航模块和控制显示模块，其中：控制显示模块分别与捷联惯导子系统以及卫星导航子系统相连并传输运动轨迹信息，捷联惯导子系统和卫星导航子系统再分别与导航模块相连并传输角速度、加速度和卫星信号，导航模块的输出端与控制显示模块相连将组合导航结果反馈至控制显示模块并构成闭环系统。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的控制显示模块根据预设的标称轨迹数据驱动三轴转台的转动、触发加速度计模拟模块的工作，并且触发卫星信号模拟器发出射频信号以模拟载体所处的动态场景；导航模块的导航结果反馈回来后，在控制显示模块中与标称轨迹数据相比较从而评估导航性能；

所述的标称轨迹数据包括：载体的位置、速度和姿态。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的捷联惯导子系统包括：三轴转台、加速度计模拟模块和惯性组件，其中：惯性组件安装于三轴转台上，三轴转台接收显示控制模块输出的姿态控制信息并执行相应的转动；同时惯性组件采集三轴转台转动的角速度信息并将其输出至导航模块，加速度计模拟模块则接收来自控制显示模块输出的运动轨迹信息，通过数值微分输出加速度信息至导航模块。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的卫星导航子系统包括：卫星信号模拟器和与之相连的卫星接收机，其中：卫星信号模拟器接收显示控制模块输出的运动轨迹信息并生成相应的射频信号，卫星接收机采集卫星信号模拟器生成的射频信号进行捕获、跟踪和导航结算后输出卫星导航结果和观测数据至导航模块。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的导航模块实时并行采集惯性组件、加速度计模拟模块和卫星接收机输出的角速度、加速度以及导航数据信息，通过卡尔曼滤波算法融合多传感器数据得到组合导航数据，实现捷联惯导/卫星组合导航系统高精度的实时导航；导航模块将组合导航数据进一步实时反馈回控制显示模块，通过控制显示模块与预设轨迹进行比较，实现系统的演示验证和导航结果评估，并根据验证和评估结果对测试的捷联惯导/卫星组合导航系统中硬件设计和组合滤波算法进行改进和优化，实现系统最优性能。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的改进和优化是指：通过整个捷联惯性/卫星组合导航半实物闭环实验系统，评估测试的捷联惯导/卫星组合导航系统性能，对该系统的硬件设计和组合滤波算法进行改进和优化。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的三轴转台为闭环结构，该结构可以根据设定的标称轨迹数据模拟载体三维姿态，使安装在其上的惯性组件实时输出三维的角速度；同时，加速度计模拟模块则根据设定的理想轨迹计算出理想加速度，叠加上加速度计的常值偏移、随机游走、刻度系数误差和实际噪声，模拟出载体三维的加速度。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的卫星信号模拟器为闭环结构，该模拟器可以同时模拟BD二代B1、B3频点和GPS L1、L2频点的射频信号；可仿真包含卫星钟差、设备时延、相对论效应，电离层、对流层误差的卫星导航信号；可仿真针对静态用户、低动态用户、高动态用户的卫星导航信号。

9.一种根据上述权利要求1-8中任一所述系统的仿真测试方法，包括以下步骤：

1）捷联惯性/卫星组合导航半实物实验平台系统上电启动，系统参数初始化；

2）初始轨迹参数设定，根据轨迹参数生成标称轨迹数据，包括载体的速度、位置和姿态数据；

3）根据设定轨迹控制转台控制器驱动三轴转台转动；

4）三轴转台转动的实际姿态信息通过数字接口发送至控制显示模块与设定轨迹对比，确定转台响应时间差，消除时间差预测下一时刻轨迹；

5）根据预测轨迹，触发加速度计模拟模块和卫星信号模拟器工作，模拟加速度计数据和发出卫星射频信号；

6）安装在三轴转台上的惯性组件输出角速度数据与加速度计模拟模块模拟的加速度数据构成捷联惯性传感器数据发送给组合导航模块；

同时，卫星接收机接收射频信号处理后通过USB口也将导航结果和观测数据发送给组合导航模块；

7）组合导航模块采用数据融合算法将输入的捷联惯性数据和卫星导航数据进行融合，得到高精度的实时组合导航结果并反馈回控制显示模块；

8）在控制显示模块中将实时组合导航结果与设定轨迹相比较，评估测试的组合导航系统性能；

9）根据评估结果优化测试的组合导航系统结构和算法，进行下一次的仿真测试。