彈載慣性測(cè)量單元修正常數(shù)轉(zhuǎn)換軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張俊升 胡艷娜 王婷婷 史廣飛 寧振峰 付曉

摘要：設(shè)計(jì)開發(fā)了某進(jìn)口型彈載慣性測(cè)量單元修正常數(shù)轉(zhuǎn)換軟件，軟件根據(jù)標(biāo)定試驗(yàn)數(shù)據(jù)能夠一鍵計(jì)算出64個(gè)修正常數(shù)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，該軟件功能完備、簡(jiǎn)潔易用，解決了修正常數(shù)計(jì)算過程復(fù)雜、技術(shù)門檻高、耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)及結(jié)果易出錯(cuò)等問題，大大提升了修正常數(shù)的計(jì)算效率，提高了數(shù)據(jù)可靠性，具有一定的推廣意義。

關(guān)鍵詞：空空導(dǎo)彈；標(biāo)定；慣性測(cè)量；修正常數(shù)

中圖分類號(hào)：TP319文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1008-1739（2018）08-68-3

Design and Implementation of Correction Constant Conversion Software for Missile Borne Inertial Measurement Unit

ZHANG Junsheng， HU Yanna， WANG Tingting， SHI Guangfei， NING Zhenfeng， FU Xiao（The Luoyang Dancheng State-owned Radio Factory， Luoyang Henan 471000， China）

0引言

慣性測(cè)量單元是導(dǎo)彈飛行控制艙的重要組成部分，在導(dǎo)彈飛行過程中實(shí)時(shí)測(cè)量導(dǎo)彈加速度和旋轉(zhuǎn)角速度，配合導(dǎo)彈完成飛行過程中的俯仰、橫滾和偏航[1]，是導(dǎo)彈命中目標(biāo)的重要保障。某進(jìn)口型導(dǎo)彈慣性測(cè)量單元采用捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)，由3個(gè)陀螺、3個(gè)加速度計(jì)和相關(guān)電路組成，由于陀螺和加速度計(jì)的加工精度、溫度漂移及工作環(huán)境等因素影響，陀螺和加速度計(jì)會(huì)產(chǎn)生零偏誤差和刻度系數(shù)誤差。同時(shí)由于慣性測(cè)量單元的安裝精度，陀螺和加速度計(jì)還會(huì)產(chǎn)生安裝誤差。為提高導(dǎo)航精度，減小彈體加速度和旋轉(zhuǎn)角速度的測(cè)量誤差，彈載慣性測(cè)量單元在使用前必須進(jìn)行各項(xiàng)誤差參數(shù)的標(biāo)定補(bǔ)償[2]。

慣性測(cè)量單元的標(biāo)定實(shí)質(zhì)是一個(gè)校準(zhǔn)的過程[3]，一般是利用轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)使慣性測(cè)量單元在不同位置、不同溫度條件下進(jìn)行特定的動(dòng)態(tài)或靜態(tài)的運(yùn)動(dòng)，獲得大量的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，最后按照建立的系統(tǒng)誤差模型，計(jì)算出修正常數(shù)，完成慣性測(cè)量單元的標(biāo)定。

1標(biāo)定原理

某進(jìn)口型導(dǎo)彈慣性測(cè)量單元采用了平臺(tái)式連續(xù)翻滾自標(biāo)定的方法進(jìn)行地面標(biāo)定[4]，標(biāo)定時(shí)把慣性測(cè)量單元固定在精密轉(zhuǎn)臺(tái)上，采用六位置翻轉(zhuǎn)法對(duì)慣性測(cè)量單元進(jìn)行標(biāo)定，分別如圖1和圖2所示。

通過旋轉(zhuǎn)平臺(tái)采集慣性測(cè)量單元在5個(gè)不同溫度、6個(gè)不同位置和12個(gè)不同速率下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，生成標(biāo)定試驗(yàn)的相關(guān)數(shù)據(jù)文件（CNT文件）。利用CNT文件，按照慣性測(cè)量單元標(biāo)定的系統(tǒng)誤差模型計(jì)算出最終的修正常數(shù)，把修正常數(shù)寫入到慣性測(cè)量單元的相關(guān)存儲(chǔ)芯片中，供飛控計(jì)算機(jī)調(diào)用，修正陀螺和加速度計(jì)的零偏誤差、刻度系數(shù)誤差及安裝誤差，提高導(dǎo)彈在慣性制導(dǎo)段、末制導(dǎo)段的制導(dǎo)精度。

2存在的問題及解決思路

通用標(biāo)定系統(tǒng)按照誤差數(shù)學(xué)模型對(duì)慣性測(cè)量單元進(jìn)行標(biāo)定試驗(yàn)，計(jì)算出修正常數(shù)，通過誤差補(bǔ)償?shù)姆椒ㄌ嵘龖T性測(cè)量單元的測(cè)量精度，提高導(dǎo)彈導(dǎo)航精度，降低脫靶率。通用標(biāo)定系統(tǒng)對(duì)慣性測(cè)量單元進(jìn)行標(biāo)定試驗(yàn)，輸出標(biāo)定試驗(yàn)的相關(guān)數(shù)據(jù)文件后，需要從CNT文件的大量數(shù)據(jù)中提煉有用數(shù)據(jù)信息，通過建立的誤差數(shù)學(xué)模型進(jìn)行復(fù)雜計(jì)算和轉(zhuǎn)換，得到64個(gè)修正常數(shù)。

誤差數(shù)學(xué)模型就是把各項(xiàng)誤差分別用一個(gè)誤差系數(shù)表示，運(yùn)用數(shù)學(xué)表達(dá)式的形式表示慣性測(cè)量單元的誤差、輸入與輸出的關(guān)系。慣性測(cè)量單元陀螺和加速度計(jì)的誤差組成有很多，而且會(huì)由于工作環(huán)境不同而產(chǎn)生不同誤差項(xiàng)，在對(duì)陀螺和加速度計(jì)進(jìn)行誤差建模時(shí)，只考慮主要的誤差項(xiàng)，忽視高階的微小噪聲誤差。

按照誤差數(shù)學(xué)模型進(jìn)行修正常數(shù)計(jì)算時(shí)，計(jì)算過程復(fù)雜、耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，需反復(fù)計(jì)算核對(duì)，且由于人工計(jì)算疲勞等因素，計(jì)算結(jié)果易出錯(cuò)，可靠性差、效率低。為解決人工計(jì)算的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)修正常數(shù)的自動(dòng)計(jì)算轉(zhuǎn)換，本文利用VC++ 6.0設(shè)計(jì)開發(fā)慣性測(cè)量單元修正常數(shù)轉(zhuǎn)換軟件，輸入CNT文件和慣性測(cè)量單元編號(hào)后，軟件自動(dòng)按照誤差數(shù)學(xué)模型一鍵計(jì)算轉(zhuǎn)換出64個(gè)修正常數(shù)文件，并以TXT文件保存到工控機(jī)中。該方法可以大幅提高計(jì)算效率，避免了人工計(jì)算結(jié)果易出錯(cuò)的情況，大大提高了修正常數(shù)的可靠性，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，提高了生產(chǎn)效率。

3修正常數(shù)軟件設(shè)計(jì)

修正常數(shù)轉(zhuǎn)換軟件開發(fā)主要包括界面設(shè)計(jì)和核心代碼編寫，界面設(shè)計(jì)部分利用VC++ 6.0的MFC類庫設(shè)計(jì)完成，核心代碼編寫部分主要包括CNT文件數(shù)據(jù)的讀取、計(jì)算轉(zhuǎn)換和TXT文件保存3部分。

3.1軟件設(shè)計(jì)

修正常數(shù)轉(zhuǎn)換軟件首先需要輸入CNT文件，然后對(duì)CNT文件數(shù)據(jù)的完整性進(jìn)行檢查，若包含了5個(gè)不同溫度、6個(gè)不同位置、12個(gè)不同速率下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行64個(gè)修正常數(shù)的計(jì)算并保存；若數(shù)據(jù)不全，則保存時(shí)提示CNT文件數(shù)據(jù)不足，重新輸入CNT文件；若數(shù)據(jù)超差，則提示CNT文件數(shù)據(jù)超差，重新輸入CNT文件，軟件流程如圖3所示。

修正常數(shù)轉(zhuǎn)換軟件界面設(shè)計(jì)如圖4所示，包含輸入文檔、輸入編號(hào)、保存文件、退出使用說明與注意事項(xiàng)5部分。通過瀏覽文件按鈕可以選擇要輸入的CNT文件，輸入編號(hào)后，點(diǎn)擊保存文件即可完成修正常數(shù)的轉(zhuǎn)換計(jì)算和轉(zhuǎn)換后TXT文件的保存。轉(zhuǎn)換完成后，點(diǎn)擊退出即可退出修正常數(shù)轉(zhuǎn)換軟件，使用說明對(duì)修正常數(shù)轉(zhuǎn)換軟件的使用方法進(jìn)行了簡(jiǎn)潔明了的說明，注意事項(xiàng)對(duì)軟件每次打開只能轉(zhuǎn)換1個(gè)CNT文件進(jìn)行了說明。

3.2編碼實(shí)現(xiàn)

代碼編寫是本開發(fā)的核心內(nèi)容，主要包括CNT文件的導(dǎo)入讀取、計(jì)算轉(zhuǎn)換和TXT文件保存3部分。CNT文件讀取利用Fget（ ）函數(shù)[5]，從文件結(jié)構(gòu)體指針Stream中讀取數(shù)據(jù)，每次讀取一行，根據(jù)行列位置識(shí)別出CNT文件中的具體數(shù)據(jù)參數(shù)；計(jì)算轉(zhuǎn)換部分是利用其標(biāo)定試驗(yàn)數(shù)據(jù)，按照慣性測(cè)量單元誤差數(shù)學(xué)模型，經(jīng)擬合運(yùn)算、微分積分等復(fù)雜運(yùn)算得到64個(gè)修正常數(shù)。計(jì)算完成后，64個(gè)修正常數(shù)以TXT文件的方式保存，先建立一個(gè)以編號(hào)為名稱的TXT文件，然后利用outfile. open（ ）函數(shù)打開TXT文件[5]，利用message.append（ ）函數(shù)把計(jì)算好的64個(gè)修正常數(shù)按照8行8列的排列要求依次寫入到TXT文件中并保存，最后通過編譯生成exe可執(zhí)行文件。

4實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

實(shí)驗(yàn)主要是驗(yàn)證軟件功能是否正常，是否能夠正確地把CNT文件轉(zhuǎn)換為修正常數(shù)。首先根據(jù)慣性測(cè)量單元CNT文件，手動(dòng)計(jì)算修正常數(shù)，然后利用修正常數(shù)轉(zhuǎn)換軟件對(duì)慣性測(cè)量單元的CNT文件進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到64個(gè)修正常數(shù)的TXT文件，經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)對(duì)比，手動(dòng)計(jì)算結(jié)果與軟件轉(zhuǎn)換結(jié)果完全一致，軟件功能完備，運(yùn)行正常。轉(zhuǎn)換得到的64個(gè)修正常數(shù)如圖5所示。

5結(jié)束語

慣性測(cè)量單元修正常數(shù)轉(zhuǎn)換軟件可以一鍵計(jì)算出64個(gè)修正常數(shù)，并以TXT文件保存到上位機(jī)中，功能完備、簡(jiǎn)潔易用，解決了計(jì)算過程復(fù)雜、技術(shù)門檻高、耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)、計(jì)算結(jié)果需反復(fù)核對(duì)及易出錯(cuò)等問題。該軟件已應(yīng)用于某進(jìn)口型導(dǎo)彈慣性測(cè)量單元的標(biāo)定系統(tǒng)1年左右，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，提高了慣性測(cè)量單元標(biāo)定設(shè)備的自動(dòng)化程度，提升了產(chǎn)品可靠性和生產(chǎn)效率，在慣性測(cè)量單元標(biāo)定領(lǐng)域具有推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]李澗青.遠(yuǎn)程空空導(dǎo)彈復(fù)合制導(dǎo)與控制問題研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2014.

[2]白曉東，劉代軍，張蓬蓬.空空導(dǎo)彈：Air-to-Air Missile[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2014.

[3]韋宗喜.微慣性測(cè)量單元標(biāo)定技術(shù)及誤差補(bǔ)償研究[D].吉林：中國(guó)科學(xué)院研究生院（長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所），2015.

[4]錢偉行.捷聯(lián)慣導(dǎo)與組合導(dǎo)航系統(tǒng)高精度初始對(duì)準(zhǔn)技術(shù)研究[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2010.

[5]李久進(jìn).MFC深入淺出：從MFC設(shè)計(jì)到MFC編程[M].北京：華中理工大學(xué)出版社，1999.