论应用虚拟仪器技术的捷联式航姿系统

来源:用户上传      作者:沈惠秋

　　摘 要：捷联惯性导航系统在国内的研究已经经过了一段时间，他的研究、开发和运行都已经形成了自己的特点，例如有很强的实时性要求等，本文主要结合了捷联式航姿系统研究开发和运行的特点，介绍了应用虚拟仪器技术的先进性，从实际需要出发，介绍了虚拟仪器技术的体系结构是如何实现软件硬件的完美融合，并且应用虚拟技术设计了一套捷联式航姿系统。
　　关键词：虚拟仪器技术;捷联式航姿系统;捷联惯导
　　一、虚拟仪器技术概述
　　目前我国最为先进的图形化编程系统是Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，翻译为中文名称是实验室虚拟仪器集成环境，也是目前国内应用最广泛的图形编程系统。虚拟仪器最大的特点就是实现了硬件和软件的完美融合，这种融合主要是在计算机自动化测试仪器系统的基础上，使用专门的软件来将仪器硬件和计算机资源融合在一起，目前，这项技术已经在很多产业中得到了非常广泛的应用，在仪器控制、测试测量工作中都出现了虚拟仪器技术的身影，现在已经成为了测试和测量领域的工业标准。
　　虚拟仪器技术的一大特点就是效率高，和传统的编程语言相比，虚拟仪器技术能够减少很多编程耗费的时间，统计出来的数据是可以节约大约85%的时间，而且时间的缩短并没有影响到软件的运行速度，因此效率高、质量好，应用越来越广泛，虚拟仪器技术先进的内置库和附加的工具箱可以很好的满足科学、工程和数学计算的需求，应用性很强。
　　二、在惯导领域应用虚拟仪器技术的意义
　　惯性航姿系统一个特别突出的优点是完全自主导航，而且这个导航系统的准确度很高，出错的概率比较小，因此是可信赖的，惯性航姿系统的开发过程主要被分为两个阶段：第一个阶段是惯性元件分析测试;第二个阶段是软件设计调试。在惯性航姿系统中，虚拟仪器技术一直贯彻始终，功能非常强大，性能好，运行速度快，优点非常多。
　　虚拟仪器在惯性航姿系统中的应用主要过程是：首先虚拟仪器和控制仪器和传感器现场连接在一起，虚拟仪器有很强的计算能力，因此很多工作都可以通过虚拟仪器技术实现，测试和分析等工作都可以在一台微机上实现，而且工作效率很高。
　　软件设计过程中，传统的系统使用的是高级编程语言和DOS操作系统，这两者的搭配缺点是开发耗费时间长，而且如果想要对系统进行升级或者修改比较困难，对于开发者自身的经验要求比较高，而虚拟仪器技术一个很大的优点就是解放了开发工作者，开发者主要的精力不再是最底层的开发工作，而是算法的改进以及软件功能结构的优化，这不但降低了开发者的工作压力，让程序员可以花费更多的时间精力在改进软件上，所以很好的提高了软件的功能，从这点改变上来看，虚拟仪器技术解放了生产力，给行业带来了一次革命性的变化。
　　三、捷联航姿测量系统设计
　　接下来我们将主要介绍使用了虚拟仪器技术设计出来的捷联式航姿测量系统中的一种，首先我们介绍一下这个系统所具备的特点：
　　第一，此系统的设计非常注重工作效率和时间准确性。
　　第二，该系统的计时和同步非常准确。在本系统中安装有硬件定时器，实现了时间的计时和同步，所以在移植过程中不需要重新调整时间参数。
　　第三，合理的使用的数字滤波。
　　第四，该系统使用了多任务操作系统，因此可以同时运行多个任务，而且在工作过程中对于影响因素进行了监控，并且对主要的干扰因素进行了非常全面的分析。
　　（一）系统硬件结构
　　系统的硬件包括有数据接口和台式的导航计算机，还有图中没有展现出来的光纤陀螺组合以及加速度计组合，这些组件每一部分都有自己的功能。其中台式的导航计算机主要作用于元件测试、数据分析等工作，而且台式机的系统功能更加完善;在完成系统开发工作之后，要将软件移植到PC/104嵌入系统中去，在PC/104和微机的软硬件体系可以很好的兼容，两种微机系统的数据接口功能基本一致。这种结构实现了软件硬件的完美融合，提高了工作效率。
　　硬件结构主要被分为四个部分：惯性传感器、数据接口、导航计算机、输出设备。这四个部分分别负责一定的功能。其中惯性传感器的作用是感应载体运动时的有关数据，计算出运动数据;数据接口的功能是进行信号转换等工作;台式机的主要功能是进行数据收集;显示器主要是输出数据，工作人员可以通过显示器来操作仪器，实现人机交互。
　　（二）系统功能结构
　　主要展示的是软件的程序面板，在这个面板上，不同的惯性软件对应不同的面板状态，初始状态设定在产品使用说明书上有说明，在使用过程中这些系数可以根据需要进行修改，只要在程序面板上修改相应的标定因数即可，这种设计很大程度上提高了软件的通用性。
　　我们可以大致看到软件的工作流程，主要顺序如下：首先系统自主校正，校正完毕之后进入航姿计算，大约经过十秒钟就要重复计算一次，显示最终的计算结果，然后停止运行。
　　四、结语
　　总而言之，捷联惯性导航系统和传统的系统相比有很强的人机交互性，开放性也很高，有很强的兼容性，捷联惯性导航系统的开发运行和研究过程中设计到了很多的专业知识，所以有很强的理论基础，专业性很强，算法也经过了很大一番改进，比较独特，所以经过一段时间的发展之后，应用范围越来越广泛，从使用过程体验和最终结果的准确性上都有很大的提升，应用虚拟仪器技术的加入提高了研发性能的优越性，促进了软件和硬件的融合，相比之前的设备大大提高了开发效率，节约了成本。
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　　作者简介：沈惠秋（1985-），女，汉族，江苏南通人，本科，工程师，设计员，研究方向：飞机航电系统。
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