[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

摘要

本发明公开了一种水下航行器组合导航与控制半实物仿真试验系统，仿真计算机计算出水下航行器的位置、姿态、速度和航向信息；SINS子系统模拟水下航行器的姿态运动；卫星导航子系统模拟水下航行器的位置和速度信息；深度模拟子系统模拟水下航行器航行深度信息；DVL导航子系统模拟求解水下航行器的速度；虚拟线加速度计模拟水下航行器的比力信息；导航控制计算机采集上述信息完成惯性导航和控制系统解算，驱动舵机运动；舵机模拟动作，并由舵角反馈电位计将舵角信息反馈给仿真计算机。本发明实现了水下航行器组合导航控制系统的联调与测试。

主权项

一种水下航行器组合导航与控制半实物仿真试验系统，包括ADI实时仿真计算机、捷联惯性导航子系统、卫星导航子系统、导航控制计算机、舵机、多普勒导航子系统、虚拟线加速度计和深度模拟子系统，其特征在于：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；深度模拟子系统包括深度传感器、I/O通讯模块、反射内存通讯板和深度模拟器，深度传感器安装在深度模拟器上，深度模拟器通过反射内存接收来自ADI实时仿真计算机发送的水下航行器航行深度信号，将其转换为相应的压力信号，深度传感器将敏感到深度信息通过I/O通讯模块输出至导航控制计算机；DVL导航子系统包括DVL测速仿真装置、声对接装置和多普勒测速仪，ADI实时仿真计算机通过反射内存将水下航行器的速度信息传递给DVL测速模拟装置，DVL测速模拟装置为多普勒测速仪提供水声传播环境，并通过声对接装置与多普勒测速仪连接，多普勒测速仪根据发射的声波与经过反射回的声波之间的频率差求解水下航行器的速度，并传送给导航控制计算机；虚拟线加速度计包括哥氏加速度计算装置、重力加速度计算装置和数据融合装置，哥氏加速度计算装置和重力加速度计算装置分别接收来自ADI实时仿真计算机的信号，并计算得到哥氏加速度和当地的重力加速度，通过数据融合装置得到水下航行器实时的比力信息，而后送至导航控制计算机；导航控制计算机实时并行采集IMU惯导组件、卫星导航接收机、深度传感器、DVL测速仪输出的姿态、位置、深度、速度信息及虚拟线加速度计输出的比力信息，完成惯性导航和控制系统解算，输出水下航行器的操舵指令，驱动舵机运动；舵机接收导航控制计算机输出的操作指令，模拟水下航行器垂直舵和水平舵的动作。舵机上的舵角反馈电位计将舵角信息反馈给ADI实时仿真计算机，构成整个系统的闭环反馈。