本發(fā)明涉及組合導航技術領域，可以應用于pos(positionandorientationsystem，位置姿態(tài)測量系統(tǒng))演示、驗證實驗,尤其涉及一種用于數(shù)據(jù)復現(xiàn)的慣性/衛(wèi)星組合導航演示驗證系統(tǒng)。

背景技術：

在慣性/衛(wèi)星組合導航系統(tǒng)中，pos是航空對地觀測系統(tǒng)完成測繪任務必不可少的關鍵通用設備，可為各類觀測載荷提供位置、速度和姿態(tài)基準。它由高精度慣性測量單元(inertialmeasurementunit，imu)、全球定位系統(tǒng)(globalpositioningsystem，gps)、pos計算機(poscomputersystem，pcs)、pos后處理軟件四部分組成。慣性測量單元敏感載體的運動，將陀螺和加速度計的敏感信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息發(fā)送到pcs進行捷聯(lián)解算。同時pcs接收gps的位置和速度信息，與捷聯(lián)解算結果進行實時信息融合，將變化增量經(jīng)過卡爾曼濾波器、反饋誤差控制迭代運算為成像載荷提供實時位置、速度和姿態(tài)信息，生成并存儲實時導航數(shù)據(jù)。

慣性/衛(wèi)星組合導航能夠充分利用慣性導航和衛(wèi)星導航的優(yōu)點。比如，慣性導航最顯著的優(yōu)點是完全獨立自主的提供多種較高精度的導航參數(shù)(位置、速度、姿態(tài))。同時，具有短時精度高、輸出頻率高、自主性強、動態(tài)范圍大等特點。

慣性導航中出現(xiàn)的誤差隨時間累積，不適合長時間單獨導航。衛(wèi)星導航可以提供位置、速度信息，而且精度高，誤差不累積，但是無法獲得姿態(tài)信息。所以，慣性/衛(wèi)星組合導航可以有效的利用gps誤差與時間無關，能長時間、全天候獲取高精度位置和速度的優(yōu)勢，彌補慣性導航的缺點，使組合后導航系統(tǒng)性能大幅提高。

但是慣性/衛(wèi)星組合導航系統(tǒng)價格昂貴，使用過程造成硬件物理損耗。而且許多的慣性/衛(wèi)星組合導航方面新算法由于缺少充分的實驗驗證而無法應用。

技術實現(xiàn)要素：

為克服上述缺陷，本發(fā)明的主要目的在于提供一種用于數(shù)據(jù)復現(xiàn)的慣性/衛(wèi)星組合導航演示驗證系統(tǒng)，用數(shù)據(jù)收發(fā)模塊代替了真實的imu和gps接收機，降低了系統(tǒng)的物理損耗，提高了使用壽命，離線動態(tài)復現(xiàn)了系統(tǒng)運動狀態(tài)，能夠演示、驗證導航新算法。

本發(fā)明一方面提供了一種用于數(shù)據(jù)復現(xiàn)的慣性/衛(wèi)星組合導航演示驗證系統(tǒng)，包括：數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、導航計算機模塊和數(shù)據(jù)顯示模塊；

所述數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，利用串口程序讀取imu數(shù)據(jù)和gps數(shù)據(jù)，并利用握手信號設置函數(shù)控制串口3的dtr引腳出模擬秒脈沖，將imu數(shù)據(jù)以200hz的頻率通過串口1、gps數(shù)據(jù)以1hz的頻率通過串口2發(fā)送至導航計算機模塊；

所述導航計算機模塊，用于接收數(shù)據(jù)收發(fā)模塊發(fā)送的imu數(shù)據(jù)和gps數(shù)據(jù)，緩存后采用主從dsp的工作模式進行數(shù)據(jù)處理；包括fpga子模塊和dsp子模塊，fpga子模塊用于接收數(shù)據(jù)收發(fā)模塊發(fā)送的imu數(shù)據(jù)和gps數(shù)據(jù)，將所述的imu數(shù)據(jù)和gps數(shù)據(jù)緩存后發(fā)送至dsp子模塊；dsp子模塊采用主從dsp工作模式，負責imu數(shù)據(jù)和gps數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理；

所述數(shù)據(jù)顯示模塊，用于將導航計算機模塊處理后的數(shù)據(jù)在顯示界面顯示出來，離線動態(tài)復現(xiàn)運動狀態(tài)，評估導航演示驗證新算法的精度。

進一步的，所述利用握手信號設置函數(shù)控制串口3的dtr引腳輸出模擬秒脈沖，包括：

串口程序單元先設置定時器，之后在定時器的響應事件中設置握手信號設置函數(shù)，控制串口3的dtr引腳輸出3.3v高電平信號，并調(diào)用高精度定時函數(shù)不斷查詢時鐘周期；1毫秒后，控制串口3的dtr引腳輸出低電平信號，從而實現(xiàn)模擬秒脈沖。

進一步的，所述dsp子模塊，包括：

主dsp單元，用于負責imu數(shù)據(jù)誤差補償、gps數(shù)據(jù)解包、捷聯(lián)解算，并將外部存儲器接口emif和從dsp單元的并行主機接口hpi相連，將捷聯(lián)解算結果和gps數(shù)據(jù)發(fā)送至從dsp單元，并利用接收的從dsp單元發(fā)送的濾波估值對捷聯(lián)解算結果進行反饋校正；

從dsp單元，用于負責捷聯(lián)解算結果和gps數(shù)據(jù)組合濾波，并將濾波估值發(fā)送至主dps單元。

進一步的，所述評估導航演示驗證新算法的精度，包括：

將導航計算機模塊嵌入的算法和數(shù)據(jù)顯示模塊運行的導航演示驗證新算法以相同的頻率處理數(shù)據(jù)，以導航計算機模塊嵌入的算法為導航演示驗證新算法的參考基準，生成誤差曲線圖，通過誤差曲線圖求出誤差曲線圖中各誤差量的標準差，評估導航演示驗證新算法的精度。

其中，導航計算機模塊嵌入算法計算的數(shù)據(jù)包括但不限于位置、速度、姿態(tài)、角速度、比力的一種或多種；imu數(shù)據(jù)包括但不限于三軸角速度信息和/或三軸比力信息，gps數(shù)據(jù)包括但不限于位置信息和/或速度信息。

本發(fā)明通過數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，讀取imu數(shù)據(jù)和gps數(shù)據(jù)，輸出模擬秒脈沖后，發(fā)送所述imu數(shù)據(jù)和gps數(shù)據(jù)至導航計算機模塊；導航計算機模塊，接收數(shù)據(jù)收發(fā)模塊發(fā)送的imu數(shù)據(jù)和gps數(shù)據(jù)，緩存后采用主從dsp的工作模式進行數(shù)據(jù)處理；數(shù)據(jù)顯示模塊，將導航計算機模塊處理后的數(shù)據(jù)顯示出來，離線顯示動態(tài)復現(xiàn)運動狀態(tài)，評估導航演示驗證新算法的精度，本發(fā)明用數(shù)據(jù)收發(fā)模塊代替了真實的imu和gps接收機，降低了系統(tǒng)的物理損耗，提高了使用壽命，離線動態(tài)復現(xiàn)了系統(tǒng)運動狀態(tài)，能夠演示、驗證導航新算法。

附圖說明

圖1為根據(jù)本發(fā)明的一種用于數(shù)據(jù)復現(xiàn)的慣性/衛(wèi)星組合導航演示驗證系統(tǒng)的實施例的結構框圖；

圖2根據(jù)本發(fā)明的一種用于數(shù)據(jù)復現(xiàn)的慣性/衛(wèi)星組合導航演示驗證系統(tǒng)的實施例的另一結構框圖；

圖3根據(jù)本發(fā)明的主從dsp的連接示意圖；

圖4根據(jù)本發(fā)明的顯示界面示意圖。

具體實施方式

為了使本技術領域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分的實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本發(fā)明保護的范圍。

如圖1-4所示，本發(fā)明提供的一種用于數(shù)據(jù)復現(xiàn)的慣性/衛(wèi)星組合導航演示驗證系統(tǒng)100，包括：數(shù)據(jù)收發(fā)模塊1、導航計算機模塊2和數(shù)據(jù)顯示模塊3；

所述數(shù)據(jù)收發(fā)模塊1，利用串口程序12讀取imu數(shù)據(jù)11和gps數(shù)據(jù)13，并利用握手信號設置函數(shù)控制串口3的dtr引腳出模擬秒脈沖，將imu數(shù)據(jù)11以200hz的頻率通過串口1、gps數(shù)據(jù)13以1hz的頻率通過串口2發(fā)送至導航計算機模塊；

所述導航計算機模塊2，用于接收數(shù)據(jù)收發(fā)模塊發(fā)送的imu數(shù)據(jù)和gps數(shù)據(jù)，緩存后采用主從dsp的工作模式進行數(shù)據(jù)處理；包括fpga子模塊21和dsp子模塊22，fpga子模塊21用于接收數(shù)據(jù)收發(fā)模塊發(fā)送的imu數(shù)據(jù)11和gps數(shù)據(jù)13，將所述的imu數(shù)據(jù)11和gps數(shù)據(jù)13緩存后發(fā)送至dsp子模塊22；dsp子模塊22采用主從dsp工作模式，負責imu數(shù)據(jù)11和gps數(shù)據(jù)13的數(shù)據(jù)處理；

所述數(shù)據(jù)顯示模塊3，用于將導航計算機模塊2處理后的數(shù)據(jù)在顯示界面31顯示出來，離線動態(tài)復現(xiàn)運動狀態(tài)，評估導航演示驗證新算法的精度。

進一步的，如圖2所示，所述的數(shù)據(jù)收發(fā)模塊將imu數(shù)據(jù)和gps數(shù)據(jù)發(fā)送給導航計算機模塊，功能上替代了真實的imu和gps接收機，減少了硬件使用，降低了物理損耗。

進一步的，所述利用握手信號設置函數(shù)控制串口3的dtr引腳輸出模擬秒脈沖，包括：

串口程序單元先設置定時器，之后在定時器的響應事件中設置握手信號設置函數(shù)，控制串口3的dtr引腳輸出3.3v高電平信號，并調(diào)用高精度定時函數(shù)不斷查詢時鐘周期；1毫秒后，控制串口3的dtr引腳輸出低電平信號，從而實現(xiàn)模擬秒脈沖。

具體的，握手信號設置函數(shù)為函數(shù)escapecommfunction()。

具體的，高精度定時函數(shù)優(yōu)選為函數(shù)queryperformancecounter()。

優(yōu)選的，模擬秒脈沖是指串口程序單元中的串口程序先設置定時器，settimer(1,1000,null)；之后在定時器的響應事件中設置握手信號設置函數(shù)escapecommfunction(hcomm,setdtr)，控制串口3的dtr引腳輸出3.3v高電平信號，并調(diào)用高精度定時函數(shù)queryperformancecounter()不斷查詢時鐘周期；1毫秒后，設置握手信號設置函數(shù)escapecommfunction(hcomm,clrdtr)，控制串口3的dtr引腳輸出低電平信號，從而實現(xiàn)模擬秒脈沖。

進一步的，所述dsp子模塊，包括：

主dsp單元221，用于負責imu數(shù)據(jù)誤差補償、gps數(shù)據(jù)解包、捷聯(lián)解算，并將外部存儲器接口emif和從dsp單元的并行主機接口hpi相連，將捷聯(lián)解算結果和gps數(shù)據(jù)發(fā)送至從dsp單元，并利用接收的從dsp單元發(fā)送的濾波估值對捷聯(lián)解算結果進行反饋校正；

從dsp單元222，用于負責捷聯(lián)解算結果和gps數(shù)據(jù)組合濾波，并將濾波估值發(fā)送至主dps單元。

進一步的，所述評估導航演示驗證新算法的精度，包括：

將導航計算機模塊嵌入的算法和數(shù)據(jù)顯示模塊運行的導航演示驗證新算法以相同的頻率處理數(shù)據(jù)，以導航計算機模塊嵌入的算法為導航演示驗證新算法的參考基準，生成誤差曲線圖，通過誤差曲線圖求出誤差曲線圖中各誤差量的標準差，評估導航演示驗證新算法的精度。

一應用實例，本發(fā)明解決模擬秒脈沖產(chǎn)生的方法如下：打開串口時，對串口進行設置：將foutxctsflow、foutxdsrflow、fdstsentivity置為false，使其忽略對串口3的dsr引腳和cts引腳的檢測；用dtr_control_disable和rts_control_disable將串口3的dtr引腳和rts引腳初始化為低電平，并用setcommstate使設置有效。具體實現(xiàn)如下：模擬秒脈沖是指串口程序先設置定時器，settimer(1,1000,null)；之后在定時器的響應事件中設置握手信號設置函數(shù)escapecommfunction(hcomm,setdtr)，控制串口3的dtr引腳輸出3.3v高電平信號，并調(diào)用高精度定時函數(shù)queryperformancecounter()不斷查詢時鐘周期；1毫秒后，設置握手信號設置函數(shù)escapecommfunction(hcomm,clrdtr)，控制串口3的dtr引腳輸出低電平信號，從而實現(xiàn)模擬秒脈沖。

本發(fā)明中實現(xiàn)模擬秒脈沖、gps數(shù)據(jù)13和imu數(shù)據(jù)11發(fā)送的方法如下：首先用settimer設置定時器，settimer(1,1000,null)。在定時器的響應事件中編寫模擬秒脈沖、gps數(shù)據(jù)13和imu數(shù)據(jù)11的發(fā)送程序，每隔1秒觸發(fā)一次。在定時器的響應事件中，首先調(diào)用函數(shù)queryperformancefrequency()和高精度定時函數(shù)queryperformancecounter()開始計時。queryperformancefrequency()獲得機器內(nèi)部定時器的時鐘頻率，queryperformancecounter()獲得機器開機以來執(zhí)行的時鐘周期數(shù)。接著控制串口3的dtr引腳輸出3.3v高電平信號，再將gps數(shù)據(jù)13從串口2、第一包imu數(shù)據(jù)11從串口1發(fā)送出去，并調(diào)用高精度定時函數(shù)queryperformancecounter()不斷查詢時鐘周期數(shù)，直至兩次時鐘周期數(shù)差值除以時鐘頻率為1毫秒，此時控制串口3的dtr引腳再輸出低電平信號。接著再調(diào)用高精度定時函數(shù)queryperformancecounter()查詢時鐘周期直到5毫秒截止。計時到5毫秒后，再次調(diào)用高精度定時函數(shù)queryperformancecounter()開始計時，將第2包imu數(shù)據(jù)(11)從串口1發(fā)送出去，然后再調(diào)用高精度定時函數(shù)queryperformancecounter()不斷查詢時鐘周期數(shù)，直至兩次時鐘周期數(shù)差值除以時鐘頻率為5毫秒。再按照上述發(fā)送第2包imu數(shù)據(jù)11方法，發(fā)送第3到199包imu數(shù)據(jù)(11)。第199包imu數(shù)據(jù)11發(fā)送計時到5毫秒到后，再發(fā)送一包imu數(shù)據(jù)11。至此在1秒鐘內(nèi)完成了模擬秒脈沖、gps數(shù)據(jù)13和imu數(shù)據(jù)11的發(fā)送。

本發(fā)明主從dsp連接如圖3所示：dsp子模塊22包括主dsp單元221和從dsp單元222，主dsp單元221負責imu數(shù)據(jù)11誤差補償、gps數(shù)據(jù)13解包、捷聯(lián)解算，從dsp單元222負責組合濾波。主dsp單元221通過外部存儲器接口emif和從dsp單元222的并行主機接口hpi相連，并將imu數(shù)據(jù)11經(jīng)誤差補償后，進行捷聯(lián)結算得出載體的位置、速度、姿態(tài)、角速度和比力。主dsp單元221解算完200包imu數(shù)據(jù)11后，將捷聯(lián)解算結果和gps數(shù)據(jù)13發(fā)送給從dsp單元222。從dsp單元222將imu數(shù)據(jù)11捷聯(lián)解算得出的位置、速度與gps數(shù)據(jù)13中的位置、速度之差作為量測量，進行卡爾曼濾波，并將濾波估值發(fā)送給主dps單元221。主dsp單元221利用濾波估值對捷聯(lián)解算結果進行反饋校正。

本發(fā)明驗證導航算法實現(xiàn)方法如下：當數(shù)據(jù)顯示模塊3接收到導航計算機模塊2發(fā)送的位置、速度、姿態(tài)、角速度和比力時，置標志位pflag＝1，未收到置標志位pflag＝0。由于數(shù)據(jù)顯示模塊3運行的新算法解算速度比導航計算機模塊2解算速度快，新算法每解算一組導航數(shù)據(jù)后不斷查詢標志位pflag。如果pflag＝1，觸發(fā)新算法將其捷聯(lián)解算結果顯示出來，顯示界面31如圖4所示。這樣導航計算機模塊2和新算法解算出來的數(shù)據(jù)就能實現(xiàn)數(shù)據(jù)時間標簽對齊和同頻率顯示。數(shù)據(jù)顯示模塊3以導航計算機模塊2嵌入的算法為基準，在顯示界面31作出位置、速度、姿態(tài)的誤差曲線圖，并把誤差值存儲下來。解算結束后，讀取存儲的誤差值，計算出各誤差值的標準差，評估新算法精度，從而驗證導航新算法。

本發(fā)明實施例通過數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，讀取imu數(shù)據(jù)和gps數(shù)據(jù)，輸出模擬秒脈沖后，發(fā)送所述imu數(shù)據(jù)和gps數(shù)據(jù)至導航計算機模塊；導航計算機模塊，接收數(shù)據(jù)收發(fā)模塊發(fā)送的imu數(shù)據(jù)和gps數(shù)據(jù)，緩存后采用主從dsp的工作模式進行數(shù)據(jù)處理；數(shù)據(jù)顯示模塊，將導航計算機模塊處理后的數(shù)據(jù)顯示出來，離線顯示動態(tài)復現(xiàn)運動狀態(tài)，評估導航演示驗證新算法的精度，本發(fā)明實施例用數(shù)據(jù)收發(fā)模塊代替了真實的imu和gps接收機，降低了系統(tǒng)的物理損耗，提高了使用壽命，離線動態(tài)復現(xiàn)了系統(tǒng)運動狀態(tài)，能夠演示、驗證導航新算法。

上述本發(fā)明實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優(yōu)劣。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。