基于硬件接口激励的惯性/卫星深组合导航系统的动态信息仿真方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及一种基于硬件接口激励的惯性/卫星深组合导航系统的动态信息仿 真方法，其属于导航技术领域。
【背景技术】：
[0002] 惯性导航系统和卫星导航系统存在各自的原理缺陷，而惯性/卫星组合导航技术 将两者结合，取长补短，提升了系统整体的导航精度和可靠性，因此组合导航技术一直是导 航领域中的研究热点。其中，松组合与紧组合导航技术的原理相对简单，已经得到了广泛的 讨论与应用。然而深组合导航技术由于将惯性信息引入卫星接收机环路内部，涉及算法设 计和硬件实现等多方面的研究内容，是当前组合导航技术研究中的难点。国内外科研机构 和研究人员围绕深组合的原理实现和系统开发进行了大量的相关工作，其中围绕深组合系 统的测试工作用于检测系统的实际性能，是研制过程中的一个重要环节。
[0003] 测试一般分为静态和动态测试，传统的测试方法采用实际系统即真实的惯性导航 系统和卫星导航系统作为深组合系统的输入，同时采用更高精度的导航系统作为参考系 统，用于比较融合效果的优劣。但显然这种方法的效率较低，尤其是在系统开发阶段频繁地 进行实际跑车或是挂飞实验会消耗大量的测试资源，成本较高。因此，有很多研究人员采用 软件仿真的方式来进行深组合算法正确性的验证，模拟惯性导航系统和卫星导航系统的数 据，在软件平台上进行静态/动态测试。这样的测试可以大大节约成本，但由于测试环境全 部是由软件进行数字仿真，与真实应用的场合有很大的区别，仅能验证算法的正确性，无法 保证系统在实际使用时的可靠性。迄今为止，尚未见到基于硬件接口激励的惯性/卫星深 组合导航系统的动态信息仿真方法的报道。
【发明内容】
：
[0004] 本发明提供一种基于硬件接口激励的惯性/卫星深组合导航系统的动态信息仿 真方法，其针对深组合系统动态测试仿真环境与真实应用环境不匹配的问题，模拟了实际 工作环境下的系统输入，解决了纯数字仿真方法无法验证系统可靠性的问题。
[0005] 本发明采用如下技术方案：一种基于硬件接口激励的惯性/卫星深组合导航系统 的动态信息仿真方法，其包括如下步骤：
[0006] 步骤一、通过Matlab软件生成模拟载体真实动态飞行的航迹；
[0007] 步骤二、将航迹数据包输入给卫星信号发生器，生成对应于动态航迹的模拟GPS 或Beidou卫星射频信号；
[0008] 步骤三、射频信号经分路器分为两路，一路信号通过低损耗射频连接线发送至ARM 处理器板，产生与卫星信号时间同步的惯性器件数据并打包，再通过串口发送到深组合系 统，另一路信号直接通过射频连接线发送至深组合系统；
[0009] 步骤四、基于DSP的惯性/卫星深组合系统接收上述模拟卫星信号与惯性器件输 出数据信号，并进行数据融合，从而可以验证系统动态性能。
[0010] 进一步地，所述步骤一包括如下步骤：
[0011] (1.1)设定载体飞行的起点位置和初始姿态角；
[0012] (1. 2)设定载体在每一个飞行阶段的前向加速度，三轴姿态角速率，飞行阶段包括 静止、滑跑、起飞、爬升、巡航、转弯、降落；
[0013] (1. 3)通过航迹递推解算，获得载体每一个离散时刻的位置、速度信息，保存为航 迹数据包。
[0014] 进一步地，所述步骤二包括如下步骤：
[0015] (2. 1)将步骤一中生成的航迹数据包转换为卫星信号发生器可用的数据包格式；
[0016] (2. 2)将数据包加载入信号发生器的上位机软件，选择所需模拟的卫星导航系统， 设定仿真起始时间、仿真总时间、外部航迹数据包时间间隔、数据参考坐标系等基本信息， 生成TRK外部轨迹文件和RS頂场景文件；
[0017] (2. 3)在信号发生器的上位机软件中加载RS頂场景文件，运行程序开始产生仿真 卫星射频信号。
[0018] 进一步地，所述步骤三包括如下步骤：
[0019] (3. 1)将卫星射频信号通过同轴电缆发送至分路器，产生两路完全相同的信号，一 路通过同轴电缆发送至ARM处理器板，一路通过同轴电缆发送至深组合系统；
[0020] (3. 2)在ARM处理器板中首先由Ublox芯片进行卫星信号的处理和解算，获得时间 同步标志即周内秒；
[0021] (3. 3)通过与Matlab航迹发生器相对应的航迹发生代码，结合（3. 2)中的时间标 志反解出对应时刻的陀螺、加速度计输出，保证惯性数据与卫星信号的时间同步；
[0022] (3. 4)将陀螺、加速度计输出信息按照真实器件的输出格式打包，并按照真实器件 的输出频率通过串口输出至深组合系统。
[0023] 进一步地，所述步骤四包括如下步骤：
[0024] (4. 1)接收步骤三中的惯性器件数据和仿真卫星信号，进行信号解包；
[0025] (4. 2)运行惯性/卫星深组合系统，实时输出导航解算结果并保存；
[0026] (4. 3)将系统输出的导航结果与步骤一中的理想航迹进行对比，验证系统在动态 条件下的导航精度，调整航迹或卫星信号的信噪比，依此过程可验证系统在各类高动态和 弱信号条件下的实际性能。
[0027] 本发明具有如下有益效果：
[0028] (1)本发明提出的深组合系统动态测试仿真环境首次从真实器件接口的角度进行 设计，可在室内完成各种条件下的动态测试，解决了纯数字仿真方法无法与系统真实工作 状态对应的问题，具有很强的工程参考价值；
[0029] (2)本发明提出的仿真环境原理可靠，手段灵活，性能稳定，为深组合测试的实际 工作提供了新的思路和方法。
[0030] (3)本发明基于硬件接口激励的惯性/卫星深组合导航系统的动态信息仿真方 法，相比于利用载体以及真实器件进行动态测试可以有效减少深组合系统在开发过程中的 时间和测试成本，测试手段灵活，原理可靠性能稳定，同时相比纯数字的软件仿真测试更贴 近于实际，具有很强的工程参考和应用价值。
【附图说明】：
[0031] 图1是深组合动态测试仿真环境整体运行流程框图。
【具体实施方式】：
[0032] 下面结合附图对本发明创造做进一步详细说明。
[0033] 本发明设计了一种惯性卫星深组合动态测试仿真环境，从真实器件接口的角度进 行设计，可在室内完成各种条件下的动态测试，解决了纯数字仿真方法无法与系统真实工 作状态对应的问题，方法流程框图如图1所示。方法包括下列步骤：
[0034] 步骤一、通过Matlab软件生成模拟载体真实动态飞行的航迹；
[0035] 步骤二、将航迹数据包输入给卫星信号发生器，生成对应于动态航迹的模拟GPS 或Beidou卫星射频信号；
[0036] 步骤三、射频信号经分路器分为两路，一路信号通过低损耗射频连接线发送至ARM 处理器板，产生与卫星信号时间同步的惯性器件数据并打包，再通过串口发送到深组合系 统，另一路信号直接通过射频连接线发送至深组合系统；
[0037] 步骤四、基于DSP的惯性/卫星深组合系统接收上述模拟卫星信号与惯性器件输 出数据信号，并进行数据融合，从而可以验证系统动态性能。
[0038] 其中，步骤一通过Matlab软件生成模拟载体真实动态飞行的航迹的具体方法如 下：
[0039] (I. 1)设定载体飞行的起点位置和初始姿态角。载体飞行航迹的起点和初始 姿态角是航迹递推的重要原始参数，假设给定起点的地心地固坐标系下的位置表示为 Poscirigincar=[longOTigin,Iaticirigin, heightOTigin]，初始横滚 / 俯仰 / 航向角表示为 Atticirigin =[rollOTigin, pitchOTigin, headingOTigin]，初始速度为 0 ;
[0040] (1. 2)设定载体在每一个飞行阶段如静止、滑跑、起飞、爬升、巡航、转弯、降落时的 前向加速度表示为AccfOTwaH，三轴姿态角速率表示为Atti-rate = [Atti-rateroll,，Atti-r atepiteh，Atti-rateheading]，分别代表横滚角速率、俯仰角速率、航向角速率。上述各参数的大 小以及飞行阶段的的时间长度应根据载体真实的飞行状态来设定。
[0041 ] 载体处于静止阶段和巡航阶段时，Accfcirward= 0, Atti-rate =[0,0,0];
[