[发明专利]一种组合导航半物理仿真测试同步控制方法

说明书

本发明公开了一种组合导航半物理仿真测试同步控制方法，本发明充分考虑组合导航半物理仿真测试系统中各分系统特性，采用控制量预置、延迟量估计补偿与同步脉冲触发相结合的同步控制方法，削除系统运行中的不同数据源的同步误差，解决GNSS/INS组合导航半物理仿真中GNSS模拟信号、惯性测量数据模拟信号和三轴转台惯性姿态变化激励之间的同步问题。

技术领域

本发明涉及组合导航半物理仿真测试系统中卫星导航模拟器与三轴位置速率转台设备的同步控制方法，尤其涉及从仿真控制计算机下发测试指令，到GNSS(GlobalNavigation Satellite System)信号模拟器产生射频信号、发送IMU(InertialMeasurement Unit)模拟数据、转台转动到模拟载体姿态时刻的时间同步控制，保证GNSS信号模拟时刻、IMU数据模拟时刻、转台转动姿态时刻三者对齐，实现组合导航系统半物理仿真测试的逼真性和正确性。

背景技术

随着精确制导武器、各种复杂电磁环境的出现，单一的导航系统越来越不能满足任务的需求，因此目前各个国家都在大力研究多传感器融合的导航系统。目前在导航领域，卫星导航方法在导航市场占据垄断地位。GNSS(Global Navigation Satellite System)具有全球、全天候、精度长期稳定性等优点。然而在森林、隧道、水下以及高楼林立的城市峡谷等场景，其信号容易被遮挡，从而失去导航定位能力。除此之外，在战况复杂的局部战场，GNSS信号容易被干扰、诱骗从而使GNSS无法定位甚至出现错误的定位结果。INS(InertialNavigation System)利用其自身的陀螺和加速度计根据量测到的载体的角速度和加速度信息来推算载体的位置、速度、姿态信息。其不向外界辐射任何信号，因此具有较强的抗干扰性能。然而由于陀螺和加速度计输出存在误差，惯导推算的位置、速度、姿态信息会随时间积累。长时间导航会导致导航信息的发散。GNSS、INS具有良好的互补特性，是常用的组合导航方式。GNSS/INS组合导航根据组合方式的不同分为松组合、紧组合、深耦合三个层次。在松组合中，采用的GNSS组合量为GNSS解算的位置、速度信息，由于GNSS定位至少需要四颗卫星，因此在可观测卫星数量小于四颗的情况下松组合方式便无法进行。紧组合采用的观测量是卫星伪距和伪距率信息，在观测星数小于四颗的情况下仍然具有一定的导航定位能力。深耦合是GNSS接收机根据INS提供的载体的速度、以及加速度信息来辅助GNSS接收机的捕获跟踪，从而提高GNSS接收机在高动态、弱信号以及强干扰环境下的捕获跟踪能力。

为了验证INS/GNSS组合导航系统以及组合导航算法的性能，对组合导航系统的大量测试是必不可少的。由于组合导航系统载体的运动形式多样，并且有机载、弹载、车载等多种应用场合，对于一个高精度的组合导航系统，如果全部采用实际搭载试验，会耗费大量的人力、物力、时间，而纯粹的数学仿真、建模不能很好模拟载体真实运动的测量误差，因此，采用实验室GNSS/INS组合导航模拟器与三轴转台组成的组合导航半物理仿真平台进行测试试验，能够很好地解决这一问题。

GNSS/INS组合导航半物理仿真平台包括控制计算机、GNSS/INS信号模拟器、三轴转台以及惯性测量单元。其中控制计算机用于设定载体的运动轨迹、运动速度信息，并且将用户设定的载体运动轨迹、运动速度进行离散采样，并将离散采样的数据发送给GNSS/INS信号模拟器。GNSS/INS信号模拟器在接收到控制计算机生成的离散采样数据后计算生成卫星星历信息，并且将卫星星历信息经过上变频形成模拟的卫导射频信号,同时生成加速度计模拟信号。而三轴转台用于控制惯导的横滚、俯仰、航向姿态信息发生动态变化，从而模拟实际导航应用中载体的真实运动场景。GNSS/INS半物理仿真系统既解决了高动态场景难以执行的问题，同时由于使用转台提供载体的角运动信息，从而能够更加逼真地模拟GNSS/INS组合导航系统运动场景。