專利名稱:半實(shí)物仿真用gps和ins組合制導(dǎo)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及半實(shí)物仿真試驗(yàn)系統(tǒng)，尤其涉及組合GPS技術(shù)和INS技術(shù)進(jìn)行制導(dǎo)的半實(shí)物仿真試驗(yàn)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)是利用彈上慣性設(shè)備測量導(dǎo)彈運(yùn)動的速度和坐標(biāo)來形成導(dǎo)引指令信息的系統(tǒng)，通常包括一個慣性組合(加速度計和陀螺儀)及一臺導(dǎo)航計算機(jī)，其中計算機(jī)除了計算傳感器的測量值和地心引力之外，還主要輸出導(dǎo)彈隨時間變化的位置、速度和姿態(tài)角。INS的基本原理是應(yīng)用慣性加速度計在三個互相垂直軸的方向上測量出導(dǎo)彈重心運(yùn)動的加速度分量，并利用相應(yīng)的積分裝置得到速度分量和坐標(biāo)分量；在導(dǎo)彈發(fā)射點(diǎn)的坐標(biāo)和初速度已知的情況下，計算出導(dǎo)彈在每一時刻的速度值和坐標(biāo)值；然后，把這些計算值與程序值比較，得出偏差量進(jìn)行修正，以使導(dǎo)彈沿著預(yù)定的運(yùn)動程序飛向目標(biāo)。
INS能夠滿足近程導(dǎo)彈制導(dǎo)精度的要求，但卻不能滿足遠(yuǎn)程導(dǎo)彈制導(dǎo)精度的要求，這是因?yàn)镮NS的制導(dǎo)精度主要取決于慣性器件(它螺儀和加速度計)的精度。INS的精度在開始工作和較短的時間內(nèi)是優(yōu)良的，但從初始對準(zhǔn)之后，INS的精度將由于陀螺儀的漂移誤差以及這種誤差隨時間的積累而降低。除了器件誤差之外，INS還存在安裝誤差、初始對準(zhǔn)誤差和運(yùn)動干擾誤差等。
全球定位系統(tǒng)(GPS)是美國陸、海、空三軍聯(lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，主要目的是為陸、海、空三大領(lǐng)域提供實(shí)時、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報收集、核爆監(jiān)測和應(yīng)急通訊等一些軍事目的，是美國獨(dú)霸全球戰(zhàn)略的重要組成部分。GPS具有全天候、高精度的優(yōu)點(diǎn)，但其局限性也非常明顯，其主要缺點(diǎn)是衛(wèi)星信號在有些地方受遮擋丟失信號而影響定位，以及定位精度容易受電子欺騙等因素影響。再加上GPS技術(shù)與美國國防密切相關(guān)，美國采取了選擇可用性政策(SA)和精測距碼(P碼)等加密措施。雖然現(xiàn)在美國取消了 SA政策，但是為了保障美國的利益，美國會隨時采取相應(yīng)的措施干擾GPS信號。因此，我們不應(yīng)該完全依賴GPS用于導(dǎo)航和定位，尤其在軍用上。
GPS和INS組合制導(dǎo)系統(tǒng)是以INS為主、以GPS為輔的導(dǎo)航系統(tǒng)，其既保持了 INS系統(tǒng)的自主性，又防止了導(dǎo)航定位誤差隨時間積累。同時，在算法上應(yīng)用卡爾曼濾波技術(shù)，對組合系統(tǒng)的狀態(tài)變量進(jìn)行最優(yōu)估計，獲得修正信息，從而可進(jìn)一步提高導(dǎo)航精度。由于GPS的低動態(tài)、窄帶寬、高精度與SINS的高動態(tài)、寬頻帶、誤差慢漂移特性形成強(qiáng)烈的互補(bǔ)，所以GPS和INS組合制導(dǎo)在航空、航天、航海、陸地戰(zhàn)車等各種導(dǎo)航領(lǐng)域都得到越來越廣泛的應(yīng)用。
把INS和GPS有效地組合的基本方法有兩種，一種是如圖1所示的松耦合，另一種是如圖2所示的緊耦合。其中，卡爾曼濾波器是INS和GPS組合的關(guān)鍵器件，起到數(shù)據(jù)融合作用。松耦合的主要特點(diǎn)是慣性導(dǎo)航和GPS獨(dú)立工作，僅僅利用組合后的信息輔助慣性導(dǎo)航，以達(dá)到抑制慣性導(dǎo)航誤差積累的目的。這種組合方式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，便于工程實(shí)現(xiàn)，且由于組合系統(tǒng)的計算量小而可以滿足對實(shí)時性要求較高的系統(tǒng)設(shè)計。另外，由于兩個子系統(tǒng)是獨(dú)立工作的，所以便于容錯處理。這種組合方式的缺點(diǎn)是，GPS接收機(jī)輸出的位置和速度信息是經(jīng)過GPS接收機(jī)內(nèi)部處理過的，一般由GPS接收機(jī)內(nèi)部的卡爾曼濾波器得到的，而這種信息往往帶有有色噪聲，在組合濾波器中，普通的卡爾曼濾波器只能處理白噪聲，所以往往組合效果不理想。
緊耦合采用一個卡爾曼濾波器來統(tǒng)一處理GPS測量得到的偽距和距離差以及從慣性組合來的5s IOs更新一次的誤差狀態(tài)信息，在技術(shù)上有一定難度。由于系統(tǒng)共用一個卡爾曼濾波器，存在一個相互權(quán)衡、彼此協(xié)調(diào)的最優(yōu)化設(shè)計問題。但由于偽距、偽距率是GPS接收機(jī)的原始信息，所以不存在有色噪聲的問題。在GPS與低精度的慣性導(dǎo)航設(shè)備的組合中，由于慣性導(dǎo)航設(shè)備精度較低，導(dǎo)致捷聯(lián)解算的誤差積累的速度很快。當(dāng)由于遮擋導(dǎo)致天空可見星數(shù)目小于4顆并使得GPS接收機(jī)無法正常解算載體的位置與速度信息時、即導(dǎo)致GPS信號短時失效時(特別是在城市或森林等遮擋物較多，GPS信號失效的情況經(jīng)常發(fā)生)，捷聯(lián)解算的誤差將快速積累，從而導(dǎo)致組合失敗。在緊耦合的組合方式中，由于利用的外部觀測量是偽距、偽距率等原始信息，所以當(dāng)可見星數(shù)少于4顆時仍然能夠進(jìn)行組合，避免了慣性導(dǎo)航單獨(dú)工作使捷聯(lián)解算的誤差積累過快的情況。在美國空軍和海軍的聯(lián)合直接攻擊武器(JDAM)計劃中，慣性測量部件(MU)與GPS接收機(jī)就采用緊耦合的組合方式。這種組合方式的缺點(diǎn)是，因需要進(jìn)行繁瑣的星歷計算和延遲補(bǔ)償而計算量較大，降低了實(shí)時導(dǎo)航性能，另外還要求GPS接收機(jī)能夠給出偽距、偽距率和星歷等原始測量數(shù)據(jù)。

實(shí)用新型內(nèi)容

有鑒于此，本實(shí)用新型的目的在于提供一種GPS和INS組合制導(dǎo)系統(tǒng)，能夠以相對簡單的組合方式實(shí)現(xiàn)精度較高的組合效果。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種用于制導(dǎo)武器的半實(shí)物仿真試驗(yàn)的GPS和INS組合制導(dǎo)系統(tǒng)，其包括GPS模擬器，用于模擬GPS接收機(jī)能夠接收到的GPS信號；GPS干擾檢測器，用于檢測所述GPS接收機(jī)是否受到干擾，并至少通過頻率分析、信號捕獲率和信號誤碼率分析來確定所受到的干擾是否對GPS信號的正常接收造成了影響以及影響有多大；負(fù)載模擬器，用于模擬所述制導(dǎo)武器的舵機(jī)在飛行過程中舵面所受到的負(fù)載力矩，將該力矩通過舵軸施加到所述舵機(jī)上，并提供氣動所述舵機(jī)工作所需的氣動能源；三軸轉(zhuǎn)臺，用于在實(shí)驗(yàn)室條件下為所述制導(dǎo)武器的導(dǎo)引頭提供與實(shí)際飛行姿態(tài)逼真的彈體三自由度運(yùn)動環(huán)境；以及導(dǎo)航控制計算機(jī)，與所述GPS模擬器、所述GPS干擾檢測器、所述負(fù)載模擬器、所述三軸轉(zhuǎn)臺均連接，用于運(yùn)行各種仿真模型以輸出所述制導(dǎo)武器的六自由度飛行彈道，并控制所述GPS模擬器、所述GPS干擾檢測器、所述負(fù)載模擬器、所述三軸轉(zhuǎn)臺以給所述制導(dǎo)武器提供至少在運(yùn)動、力學(xué)和目標(biāo)背景方面接近真實(shí)的試驗(yàn)環(huán)境。
通過增加GPS干擾檢測器，本實(shí)用新型所提供的GPS和INS組合制導(dǎo)系統(tǒng)在應(yīng)用于制導(dǎo)武器的半實(shí)物仿真試驗(yàn)時，能夠有效提高制導(dǎo)的精度。
根據(jù)下面參考附圖對示例性實(shí)施例的詳細(xì)說明，本實(shí)用新型的其它特征及方面將
變得清楚。


包含在說明書中并且構(gòu)成說明書的一部分的附圖與說明書一起示出了本實(shí)用新型的示例性實(shí)施例、特征和方面，并且用于解釋本實(shí)用新型的原理。
圖1是示出GPS和INS松耦合的組合原理的示意圖。
圖2是示出GPS和INS緊耦合的組合原理的示意圖。
圖3是示出包括本實(shí)用新型所提供的GPS和INS組合制導(dǎo)系統(tǒng)的半實(shí)物仿真總系統(tǒng)的組成的示意框圖。
圖4是示出本實(shí)用新型所提供的GPS和INS組合制導(dǎo)系統(tǒng)的組成的示意框圖。
圖5是示出本實(shí)用新型提供的GPS和INS組合制導(dǎo)系統(tǒng)中的GPS模擬器的組成的示意框圖。
圖6是示出本實(shí)用新型提供的GPS和INS組合制導(dǎo)系統(tǒng)中的GPS干擾檢測器的組成的示意框圖。
圖7是示出本實(shí)用新型提供的GPS和INS組合制導(dǎo)系統(tǒng)中的GPS干擾檢測器的分析過程的示意流程圖。
圖8是示出本實(shí)用新型提供的GPS和INS組合制導(dǎo)系統(tǒng)中的負(fù)載模擬器的組成的示意框圖。
具體實(shí)施方式
以下將參考附圖詳細(xì)說明本實(shí)用新型的各種示例性實(shí)施例、特征和方面。附圖中相同的附圖標(biāo)記表示功能相同或相似的元件。
在這里專用的詞“示例性”意為“用作例子、實(shí)施例或說明性”。這里作為“示例性”所說明的任何實(shí)施例不必解釋為優(yōu)于或好于其它實(shí)施例。盡管在附圖中示出了實(shí)施例的各種方面，但是除非特別指出，不必按比例繪制附圖。
圖3表示了包括本實(shí)用新型所提供的GPS和INS組合制導(dǎo)系統(tǒng)的半實(shí)物仿真總系統(tǒng)的組成的示意框圖。如圖3所示，整個半實(shí)物仿真總系統(tǒng)主要包括仿真計算系統(tǒng)1A、中央控制系統(tǒng)1B、舵機(jī)仿真系統(tǒng)1C、光學(xué)尋的制導(dǎo)仿真系統(tǒng)1D、用作基于火箭橇導(dǎo)引頭仿真系統(tǒng)的撬載目標(biāo)模擬器1E、用作激光駕束控制場仿真系統(tǒng)的激光駕束控制場模擬器IF、GPS和INS組合制導(dǎo)系統(tǒng)1H、用作彈載計算機(jī)仿真系統(tǒng)的彈載計算機(jī)II以及用作火箭橇飛行試驗(yàn)圖像跟蹤系統(tǒng)的高速攝像機(jī)IJ等，且這些系統(tǒng)經(jīng)由實(shí)時光纖共享內(nèi)存網(wǎng)絡(luò)相互通信。
其中，GPS和INS組合制導(dǎo)系統(tǒng)IH又主要包括衛(wèi)星信號系統(tǒng)IHl和慣性測量與導(dǎo)航系統(tǒng)1H2。換言之，GPS和INS組合制導(dǎo)系統(tǒng)的核心在于兩點(diǎn)一是捷聯(lián)慣性測量與導(dǎo)航系統(tǒng)1H2的仿真，二是衛(wèi)星信號系統(tǒng)IHl的仿真。
進(jìn)一步，捷聯(lián)慣性測量與導(dǎo)航系統(tǒng)1H2又分為兩點(diǎn)一是姿態(tài)角運(yùn)動仿真，為角速率陀螺提供姿態(tài)角運(yùn)動環(huán)境，一般采用角速率飛行模擬轉(zhuǎn)臺來實(shí)現(xiàn)；二是質(zhì)心運(yùn)動仿真，為線加速度計提供過載環(huán)境。其中，對于質(zhì)心運(yùn)動仿真，如果線加速度計能夠與自動駕駛儀或慣性測量組合IMU分離，可以采用線加速度模擬臺進(jìn)行仿真，否則可以采用高精密電流源注入方案。另一方面，由于線加速度計的仿真精度要求比較高，而且在慣性測量與導(dǎo)航系統(tǒng)1H2裝調(diào)完成后，如果再引入外部仿真電氣回路會影響線加速度計的力矩電流的零位并從而影響導(dǎo)航系統(tǒng)位置精度，因此現(xiàn)在一般采用加速度信號數(shù)字注入方案，以不考核線加速度傳感器、而考核捷聯(lián)算法。此外，由于采用MEMS線加速度傳感器可使得電路更加精密，這也使得一般只能采用數(shù)字注入加速度信號方式。由此可見，研制GPS和INS組合制導(dǎo)系統(tǒng)1H(具體為慣性測量與導(dǎo)航系統(tǒng)1H2)時最好預(yù)留仿真接口。
對于衛(wèi)星信號系統(tǒng)IHl的仿真，如果有條件，可以購置專用的衛(wèi)星信號模擬器，進(jìn)行衛(wèi)星射頻信號模擬，考核接收天線、接收機(jī)的性能。當(dāng)然，也可以不考核衛(wèi)星信號接收機(jī)，用衛(wèi)星接收機(jī)信號模擬裝置將仿真結(jié)果轉(zhuǎn)換成衛(wèi)星信號接收機(jī)的輸出信號格式，并發(fā)送至GPS和INS組合制導(dǎo)系統(tǒng)IH的衛(wèi)星接收機(jī)信號輸入口，以實(shí)現(xiàn)組合制導(dǎo)仿真。
如圖4所示，本實(shí)用新型所提供的GPS和INS組合制導(dǎo)系統(tǒng)IH主要包括GPS模擬器100、GPS干擾檢測器200、負(fù)載模擬器300、三軸轉(zhuǎn)臺400、導(dǎo)航控制計算機(jī)500等，且其工作流程大致如下當(dāng)作為運(yùn)動載體的三軸轉(zhuǎn)臺400根據(jù)控制指令復(fù)現(xiàn)載體的姿態(tài)運(yùn)動時，固定連接至三軸轉(zhuǎn)臺400的慣性測量裝置中的陀螺和加速度計隨著轉(zhuǎn)臺的運(yùn)動敏感角速度和比率信息，而導(dǎo)航控制計算機(jī)500采集到這些信息后首先進(jìn)行信號的調(diào)理和補(bǔ)償，然后送到其中的捷聯(lián)慣導(dǎo)算法模塊510以解算出導(dǎo)航參數(shù)，這些導(dǎo)航參數(shù)再按照一定的頻率送到導(dǎo)航控制計算機(jī)500中的最優(yōu)卡爾曼濾波器模塊520中，以與導(dǎo)航控制計算機(jī)500中的虛擬GPS接收機(jī)模塊530解算出來的導(dǎo)航參數(shù)“真值”進(jìn)行差值計算，最優(yōu)卡爾曼濾波器模塊根據(jù)該時刻之前的差值估計出下一時刻的差值，再用得到的差值去反饋修正捷聯(lián)慣 導(dǎo)算法模塊中的導(dǎo)航參數(shù)，從而將GPS導(dǎo)航數(shù)據(jù)與SINS數(shù)據(jù)進(jìn)行了最優(yōu)融合。經(jīng)過融合后的導(dǎo)航參數(shù)通過導(dǎo)航控制計算機(jī)500和主控機(jī)600之間的通訊電路輸入主控機(jī)，主控機(jī)對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過軌跡曲線等方式再現(xiàn)導(dǎo)航結(jié)果。
下面對本實(shí)用新型所提供的GPS和INS組合制導(dǎo)系統(tǒng)中的各組成模塊分別進(jìn)行詳細(xì)介紹。
GPS樽擬器
GPS模擬器100用于模擬GPS接收機(jī)接收到的GPS衛(wèi)星信號。GPS和INS組合制導(dǎo)的基本原理是在慣導(dǎo)過程中，按一定規(guī)律不斷修正由于積分帶來的誤差。必須保證導(dǎo)彈能按時接收所需要的GPS位置信息。在本實(shí)用新型所提供的GPS和INS組合制導(dǎo)系統(tǒng)中，這個GPS位置信息就是由GPS模擬器來模擬產(chǎn)生的，并以GPS接收機(jī)能接收的信號格式傳輸?shù)紾PS接收機(jī)。
如圖5所示，GPS模擬器100主要包括數(shù)學(xué)仿真部110、射頻信號生成部120。
其中，數(shù)學(xué)仿真部110主要用于完成人機(jī)交互接口和衛(wèi)星導(dǎo)航信號的數(shù)學(xué)實(shí)時仿真以實(shí)時生成各類仿真數(shù)據(jù)，具體任務(wù)包括仿真任務(wù)設(shè)計、仿真可視化、星座衛(wèi)星軌道仿真、衛(wèi)星時鐘仿真、空間環(huán)境效應(yīng)仿真、用戶軌跡仿真、導(dǎo)航電文生成和基本觀測數(shù)據(jù)生成等。優(yōu)選地，數(shù)學(xué)仿真部Iio主要由數(shù)學(xué)仿真軟件111和實(shí)時高速運(yùn)算平臺112組成。
此外，射頻信號生成部120則主要用于根據(jù)數(shù)學(xué)仿真部110仿真的BD-2和GPS仿真數(shù)據(jù)(觀測數(shù)據(jù)和導(dǎo)航電文)，實(shí)時生成基于接收機(jī)天線口面的射頻導(dǎo)航信號。優(yōu)選地，射頻信號生成部120主要包括主控模塊121、數(shù)據(jù)處理模塊122、中頻信號生成模塊123、上變頻模塊124、時鐘頻率模塊125以及實(shí)時接收仿真數(shù)據(jù)的反射內(nèi)存網(wǎng)卡126。
列出根據(jù)本實(shí)用新型一優(yōu)選實(shí)施例的GPS模擬器100的主要技術(shù)參數(shù)如下
仿真導(dǎo)航系統(tǒng)BD2+GPS
頻點(diǎn)數(shù)4個
每頻點(diǎn)仿真衛(wèi)星數(shù)12通道
偽碼BD2:C、P ;GPS:C/A[0039]·電文BD2: Dl、D2 ；GPS: C
· RF 端口數(shù)2 個
相對速度土 10000m/s
相對加速度±500m/s2
相對加加速度±500m/s3
速度分辨率lmm/s
加速度分辨率10mm/s2
加加速度分辨率10mm/s3
偽距精度±0. 02m
偽距變化率精度±0. 005m/s
通道間一致性:彡O.1 (碼)彡O. 001 (載波)m
· Q相位正交性< 3度
相位噪聲·.( -70010Hz _85@lkHz _90@10kHz dBc/Hz
雜波<-40dBc
諧波<-40dBc
信號功率輸出范圍-160±20dBW
分辨率0. 2dB
準(zhǔn)確性0. 8dB
多路徑信號數(shù)> 4條
最小延時< O. 5ns
籲信號輸出延遲< 20ms
接收實(shí)時軌跡頻率彡20Hz
GPS干擾檢測器
GPS干擾檢測器200主要用于檢測GPS接收機(jī)是否受到干擾，并通過頻率分析、信號捕獲率和信號誤碼率分析等確定所受到的干擾是否對GPS信號正常接收造成影響以及影響有多大。
如圖6所示，GPS干擾檢測器200主要包括3個功能模塊即參數(shù)設(shè)置管理部210、干擾檢測部220和信號處理部230，以及14個子模塊即信號參數(shù)設(shè)定模塊211、干擾參數(shù)設(shè)定模塊212、白噪聲干擾檢測模塊221、單載波干擾檢測模塊222、擴(kuò)頻干擾檢測模塊223、脈沖干擾檢測模塊224、掃頻干擾檢測模塊225、同步頭生成模塊231、信號快捕模塊232、精跟段生成模塊233、偽碼精跟模塊234、勤務(wù)段生成模塊235、符號解調(diào)模塊236和信號譯碼模塊237。優(yōu)選地，可根據(jù)實(shí)際情況和需求適當(dāng)增加用于對更多的其它類型干擾進(jìn)行檢測、分析的子模塊。
GPS干擾檢測器200的分析流程如圖7所示。首先，按規(guī)定參數(shù)例如5000生成均勻分布的隨機(jī)數(shù)，每個隨機(jī)數(shù)被重復(fù)預(yù)定次數(shù)例如1023次后與一個C/A碼模二加(擴(kuò)頻)，然后對得到的序列進(jìn)行差分BPSK調(diào)制，調(diào)制后的信號與干擾信號一起進(jìn)入GPS接收機(jī)。通過選定干擾類型，設(shè)置干擾信號的功率、中心頻率、頻偏等參數(shù)進(jìn)行信號捕獲、精跟、與C/A碼進(jìn)行模二加(解擴(kuò))，然后再進(jìn)行解調(diào)運(yùn)算即解調(diào)差分BPSK(判決與累加)，最后將解調(diào)出的譯碼與原信號比較，判斷該干擾是否對GPS信號造成了干擾。[0065]由于采用了嚴(yán)格的干擾判決條件，可以排除一切可能存在的干擾類型和頻點(diǎn)。優(yōu)選地，為了提高信號捕獲率并降低誤碼率和虛警率，對于可能存在干擾的頻點(diǎn)要做進(jìn)一步分析，以分析這些不同類型的干擾會對信號捕獲產(chǎn)生什么樣不同的影響。
此外，假設(shè)GPS信號的功率電平為_156dBW，相當(dāng)于2. 512X 10_16w，采用這個功率會影響仿真的效果。因此，為了避免上述影響，優(yōu)選地，在加入干擾和高斯噪聲前對GPS信號的功率進(jìn)行單位化。
列出根據(jù)本實(shí)用新型一優(yōu)選實(shí)施例的GPS干擾檢測器200的主要技術(shù)參數(shù)如下
頻點(diǎn)數(shù)8個
每頻點(diǎn)仿真衛(wèi)星數(shù)20通道
偽碼BD2:C、P ;GPS:C/A·[0071 ]·電文BD2: Dl、D2 ；GPS: C
· RF 端口數(shù)2 個
相對速度土 10000m/s
相對加速度土 500m/s2
相對加加速度±500m/s3
速度分辨率lmm/s
加速度分辨率10mm/s2
加加速度分辨率10mm/s3
偽距精度±0. 02m
偽距變化率精度±0. 005m/s
通道間一致性:彡O.1 (碼)彡O. 001 (載波)m
籲1、Q相位正交性< 3度
相位噪聲·.( -70010Hz -85ilkHz _90@10kHz dBc/Hz
雜波<-40dBc
諧波<-40dBc
信號功率輸出范圍-200±20dBW
分辨率0. 2dB
準(zhǔn)確性0. 8dB
·多路徑信號數(shù)> 6條
最小延時< O. 5ns
籲信號輸出延遲< 20ms
接收實(shí)時軌跡頻率彡20Hz
負(fù)載模擬器
負(fù)載模擬器300主要用于模擬制導(dǎo)武器舵機(jī)在飛行過程中舵面所受的負(fù)載力矩，再將該力矩通過舵軸施加到舵機(jī)上，并提供氣動舵機(jī)工作所需的高壓氣動能源。
如圖8所示，負(fù)載模擬器300主要包括機(jī)械臺體310、控制部320、加載部330、氣源部350和輔助組件340等。其中
機(jī)械臺體310的基座固定在地面上，仿真過程中舵機(jī)置于臺體中央，并將舵片卸下，使舵軸直接與加載部330的輸出軸相連實(shí)現(xiàn)力矩加載。
控制部320采用典型的上下位機(jī)結(jié)構(gòu)，其中，上位機(jī)321可采用高性能工控機(jī)，而下位機(jī)322可采用高性能數(shù)字信號處理器DSP來實(shí)現(xiàn)。
加載部330是負(fù)載模擬器300的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，優(yōu)選包括四個獨(dú)立的控制通道。而單控制通道加載裝置可具體由連接軸331、彈體扭桿332、光電編碼器333、扭矩傳感器334、位置滑臺335和角位置轉(zhuǎn)臺336組成。其中，角位置轉(zhuǎn)臺336包括伺服電機(jī)、光電編碼器、滾
^rftl 寸 ο
輔助組件340包括位置伺服檢測標(biāo)定裝置341。
氣源部350包括壓力流量控制裝置351、空氣壓縮機(jī)和儲氣罐352以及氣動控制臺353。列出根據(jù)本實(shí)用新型一優(yōu)選實(shí)施例的負(fù)載模擬器300的主要技術(shù)參數(shù)如下
負(fù)載模擬
結(jié)構(gòu)特性+字布局
·加載通道4
·單通道加載力矩范圍0. 01 50Nm
·力矩梯度范圍0.1Nm/。 2. 5Nm/。
最大舵偏角± 25°
·負(fù)載最小轉(zhuǎn)動慣量5X 10_6Kgm2
·角位置測量精度0· 01°
最大角速度200。/s
·動態(tài)攻角力矩跟蹤頻率特性(Hz) :15Hz
·力矩靜態(tài)精度0. OlNm(O. 01-lNm) ,1% (l_50Nm)
·力矩動態(tài)頻率響應(yīng)相位滯后5°，幅值誤差< 5%，頻寬不低于15Hz
籲氣源
供氣路數(shù)2路
壓力l-8MPa
壓力控制精度彡5%
壓力控制延遲< 4ms
壓力控制超調(diào)量彡10%
·斷續(xù)工況工作時間彡IOmin
儲器罐容積1m3
三軸轉(zhuǎn)臺
三軸轉(zhuǎn)臺400用于在實(shí)驗(yàn)室條件下為制導(dǎo)導(dǎo)彈導(dǎo)引頭提供與實(shí)際飛行姿態(tài)逼真的環(huán)境即彈體三自由度運(yùn)動環(huán)境。
如圖4所示，三軸轉(zhuǎn)臺400主要由機(jī)械臺體、控制柜(內(nèi)置控制計算機(jī))以及連接電纜組成，整套設(shè)備采用計算機(jī)集中控制的電動方式。其中
機(jī)械臺體通常采用三軸半框式結(jié)構(gòu)，由外框部件、中框部件、內(nèi)框部件及底座等組成。外框?yàn)榘肟蚴?，表示航向；中框也是半框式，表示俯仰；?nèi)框?yàn)閳A形負(fù)載臺，表示滾轉(zhuǎn)。
控制計算機(jī)能夠?qū)D(zhuǎn)臺的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，設(shè)置相關(guān)運(yùn)動參數(shù)，采集工作狀態(tài)、運(yùn)動參數(shù)數(shù)據(jù)，控制轉(zhuǎn)臺完成所有功能操作，對設(shè)備安全狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。
一般來說，三軸轉(zhuǎn)臺在程序上設(shè)置有三種工作方式位置狀態(tài)、速率狀態(tài)以及仿真狀態(tài)。在前兩種狀態(tài)下，轉(zhuǎn)臺是通過轉(zhuǎn)臺本身的控制計算機(jī)進(jìn)行運(yùn)行控制；而在仿真狀態(tài)下，轉(zhuǎn)臺可以根據(jù)外部仿真計算機(jī)給出的信號進(jìn)行運(yùn)動，以實(shí)現(xiàn)仿真模擬姿態(tài)角功能。
列出根據(jù)本實(shí)用新型一優(yōu)選實(shí)施例的三軸轉(zhuǎn)臺400的主要技術(shù)參數(shù)如下表

權(quán)利要求
1.一種GPS和INS組合制導(dǎo)系統(tǒng),用于制導(dǎo)武器的半實(shí)物仿真試驗(yàn),包括 GPS模擬器，用于模擬GPS接收機(jī)能夠接收到的GPS信號； GPS干擾檢測器，用于檢測所述GPS接收機(jī)是否受到干擾，并至少通過頻率分析、信號捕獲率和信號誤碼率分析來確定所受到的干擾是否對GPS信號的正常接收造成了影響以及影響有多大； 負(fù)載模擬器，用于模擬所述制導(dǎo)武器的舵機(jī)在飛行過程中舵面所受到的負(fù)載力矩，將該力矩通過舵軸施加到所述舵機(jī)上，并提供氣動所述舵機(jī)工作所需的氣動能源； 三軸轉(zhuǎn)臺，用于在實(shí)驗(yàn)室條件下為所述制導(dǎo)武器的導(dǎo)引頭提供與實(shí)際飛行姿態(tài)逼真的彈體三自由度運(yùn)動環(huán)境；以及 導(dǎo)航控制計算機(jī)，與所述GPS模擬器、所述GPS干擾檢測器、所述負(fù)載模擬器、所述三軸轉(zhuǎn)臺均連接，用于運(yùn)行各種仿真模型以輸出所述制導(dǎo)武器的六自由度飛行彈道，并控制所述GPS模擬器、所述GPS干擾檢測器、所述負(fù)載模擬器、所述三軸轉(zhuǎn)臺以給所述制導(dǎo)武器提供至少在運(yùn)動、力學(xué)和目標(biāo)背景方面接近真實(shí)的試驗(yàn)環(huán)境。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的GPS和INS組合制導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于，所述GPS模擬器包括 數(shù)學(xué)仿真部，用于完成人機(jī)交互接口和衛(wèi)星導(dǎo)航信號的數(shù)學(xué)實(shí)時仿真以實(shí)時生成各類仿真數(shù)據(jù)；以及 射頻信號生成部，用于根據(jù)所述數(shù)學(xué)仿真部仿真的觀測數(shù)據(jù)和導(dǎo)航電文，實(shí)時生成基于所述GPS接收機(jī)的天線口面的射頻導(dǎo)航信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的GPS和INS組合制導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于，所述GPS干擾檢測器包括 參數(shù)設(shè)置管理部，用于設(shè)定并管理至少包括信號參數(shù)和干擾參數(shù)的各種參數(shù)； 干擾檢測部，用于基于所述參數(shù)設(shè)置管理部所設(shè)定和管理的所述各種參數(shù)，來對所述GPS信號檢測并分析至少包括白噪聲干擾、單載波干擾、擴(kuò)頻干擾、脈沖干擾、掃頻干擾的各種噪聲；以及 信號處理部，與所述參數(shù)設(shè)置管理部和所述干擾檢測部均連接，用于基于所述干擾檢測部輸出的檢測分析結(jié)果對所述GPS信號進(jìn)行至少包括同步頭生成、信號快捕、精跟段生成、偽碼精跟、勤務(wù)段生成、符號解調(diào)和信號譯碼的各種處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的GPS和INS組合制導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于，所述GPS干擾檢測器的檢測流程如下 按規(guī)定參數(shù)生成均勻分布的隨機(jī)數(shù)， 使各所述隨機(jī)數(shù)在重復(fù)預(yù)定次數(shù)后進(jìn)行擴(kuò)頻， 對擴(kuò)頻得到的序列進(jìn)行差分BPSK調(diào)制， 使調(diào)制后的信號與干擾信號相加后一起輸入GPS模擬器， 通過選定干擾類型、設(shè)置干擾信號的參數(shù)來進(jìn)行信號捕獲、精跟、解擴(kuò)， 對解擴(kuò)后的信號進(jìn)行解調(diào)運(yùn)算，以及 將解調(diào)出的譯碼與原信號進(jìn)行比較，以判斷該干擾是否對所述GPS信號造成了干擾。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的GPS和INS組合制導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于，在將所述調(diào)制后的信號與干擾信號相加之前，對所述調(diào)制后的信號進(jìn)行功率單位化。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的GPS和INS組合制導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于，所述負(fù)載模擬器包括 機(jī)械臺體，其基座固定在地面上，所述舵機(jī)置于所述機(jī)械臺體中央； 加載部，其輸出軸與所述舵軸直接相連，以將所述力矩施加到所述舵機(jī)上； 輔助組件，其包括位置伺服檢測標(biāo)定裝置； 氣源部，其包括壓力流量控制裝置、空氣壓縮機(jī)和儲氣罐以及氣動控制臺，并用于提供氣動所述舵機(jī)工作所需的高壓氣動能源；以及 控制部，其采用上下位機(jī)結(jié)構(gòu)，并用于控制所述機(jī)械臺體、所述加載部、所述輔助組件以及所述氣源部。
7.根據(jù)權(quán)利要求
6所述的GPS和INS組合制導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于，所述加載部包括四個獨(dú)立的控制通道，并且各所述控制通道的加載裝置包括連接軸、彈體扭桿、光電編碼器、扭矩傳感器、位置滑臺和角位置轉(zhuǎn)臺。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的GPS和INS組合制導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于，所述角位置轉(zhuǎn)臺包括伺服電機(jī)、光電編碼器、滾軸。
9.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的GPS和INS組合制導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于，所述三軸轉(zhuǎn)臺包括 機(jī)械臺體，其采用三軸半框式結(jié)構(gòu)，并包括表示航向的半框式外框部件、表示俯仰的半框式中框部件、表示滾轉(zhuǎn)的圓形負(fù)載臺式內(nèi)框部件以及底座；以及 控制柜，其經(jīng)由電纜與所述機(jī)械臺體連接，并內(nèi)置有控制計算機(jī)，以對所述機(jī)械臺體的工作狀態(tài)和安全狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，設(shè)置相關(guān)運(yùn)動參數(shù)，采集至少包括工作狀態(tài)、運(yùn)動參數(shù)的各種數(shù)據(jù)，控制所述機(jī)械臺體完成各種操作。
10.根據(jù)權(quán)利要求
9所述的GPS和INS組合制導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于，所述三軸轉(zhuǎn)臺具有三種工作方式，即位置狀態(tài)、速率狀態(tài)以及仿真狀態(tài)，并且 在所述位置狀態(tài)和所述速率狀態(tài)下，所述機(jī)械臺體根據(jù)來自所述控制計算機(jī)的指令進(jìn)行運(yùn)動；以及 在所述仿真狀態(tài)下，所述機(jī)械臺體根據(jù)來自外部的指令進(jìn)行運(yùn)動。
專利摘要
一種用于制導(dǎo)武器的半實(shí)物仿真試驗(yàn)的GPS和INS組合制導(dǎo)系統(tǒng)，其包括GPS模擬器，模擬產(chǎn)生GPS信號；GPS干擾檢測器，檢測GPS接收機(jī)是否受到干擾，并確定所受到的干擾是否對GPS信號接收造成了影響以及影響有多大；負(fù)載模擬器，模擬制導(dǎo)武器的舵機(jī)在飛行過程中受到的負(fù)載力矩，并提供舵機(jī)的氣動能源；三軸轉(zhuǎn)臺，為制導(dǎo)武器的導(dǎo)引頭提供與實(shí)際飛行姿態(tài)逼真的彈體三自由度運(yùn)動環(huán)境；以及導(dǎo)航控制計算機(jī)，運(yùn)行各種仿真模型，以給制導(dǎo)武器提供至少在運(yùn)動、力學(xué)和目標(biāo)背景等方面接近真實(shí)的試驗(yàn)環(huán)境。通過增加GPS干擾檢測器，本實(shí)用新型能夠有效提高制導(dǎo)的精度，有效驗(yàn)證GPS和INS組合制導(dǎo)方案可行性。
文檔編號F41G3/32GKCN202853474SQ201220134499
公開日2013年4月3日 申請日期2012年3月31日
發(fā)明者王偉, 林德福, 王江, 范軍芳, 王嘉鑫, 王輝, 羅艷偉, 宋韜, 袁亦方 申請人:林德福導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan