論應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)的捷聯(lián)式航姿系統(tǒng)

摘?要：捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)在國內(nèi)的研究已經(jīng)經(jīng)過了一段時間，他的研究、開發(fā)和運行都已經(jīng)形成了自己的特點，例如有很強的實時性要求等，本文主要結(jié)合了捷聯(lián)式航姿系統(tǒng)研究開發(fā)和運行的特點，介紹了應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)的先進性，從實際需要出發(fā)，介紹了虛擬儀器技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)是如何實現(xiàn)軟件硬件的完美融合，并且應(yīng)用虛擬技術(shù)設(shè)計了一套捷聯(lián)式航姿系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器技術(shù);捷聯(lián)式航姿系統(tǒng);捷聯(lián)慣導(dǎo)

一、虛擬儀器技術(shù)概述

目前我國最為先進的圖形化編程系統(tǒng)是Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，翻譯為中文名稱是實驗室虛擬儀器集成環(huán)境，也是目前國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的圖形編程系統(tǒng)。虛擬儀器最大的特點就是實現(xiàn)了硬件和軟件的完美融合，這種融合主要是在計算機自動化測試儀器系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，使用專門的軟件來將儀器硬件和計算機資源融合在一起，目前，這項技術(shù)已經(jīng)在很多產(chǎn)業(yè)中得到了非常廣泛的應(yīng)用，在儀器控制、測試測量工作中都出現(xiàn)了虛擬儀器技術(shù)的身影，現(xiàn)在已經(jīng)成為了測試和測量領(lǐng)域的工業(yè)標準。

虛擬儀器技術(shù)的一大特點就是效率高，和傳統(tǒng)的編程語言相比，虛擬儀器技術(shù)能夠減少很多編程耗費的時間，統(tǒng)計出來的數(shù)據(jù)是可以節(jié)約大約85%的時間，而且時間的縮短并沒有影響到軟件的運行速度，因此效率高、質(zhì)量好，應(yīng)用越來越廣泛，虛擬儀器技術(shù)先進的內(nèi)置庫和附加的工具箱可以很好的滿足科學(xué)、工程和數(shù)學(xué)計算的需求，應(yīng)用性很強。

二、在慣導(dǎo)領(lǐng)域應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)的意義

慣性航姿系統(tǒng)一個特別突出的優(yōu)點是完全自主導(dǎo)航，而且這個導(dǎo)航系統(tǒng)的準確度很高，出錯的概率比較小，因此是可信賴的，慣性航姿系統(tǒng)的開發(fā)過程主要被分為兩個階段：第一個階段是慣性元件分析測試;第二個階段是軟件設(shè)計調(diào)試。在慣性航姿系統(tǒng)中，虛擬儀器技術(shù)一直貫徹始終，功能非常強大，性能好，運行速度快，優(yōu)點非常多。

虛擬儀器在慣性航姿系統(tǒng)中的應(yīng)用主要過程是：首先虛擬儀器和控制儀器和傳感器現(xiàn)場連接在一起，虛擬儀器有很強的計算能力，因此很多工作都可以通過虛擬儀器技術(shù)實現(xiàn)，測試和分析等工作都可以在一臺微機上實現(xiàn)，而且工作效率很高。

軟件設(shè)計過程中，傳統(tǒng)的系統(tǒng)使用的是高級編程語言和DOS操作系統(tǒng)，這兩者的搭配缺點是開發(fā)耗費時間長，而且如果想要對系統(tǒng)進行升級或者修改比較困難，對于開發(fā)者自身的經(jīng)驗要求比較高，而虛擬儀器技術(shù)一個很大的優(yōu)點就是解放了開發(fā)工作者，開發(fā)者主要的精力不再是最底層的開發(fā)工作，而是算法的改進以及軟件功能結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，這不但降低了開發(fā)者的工作壓力，讓程序員可以花費更多的時間精力在改進軟件上，所以很好的提高了軟件的功能，從這點改變上來看，虛擬儀器技術(shù)解放了生產(chǎn)力，給行業(yè)帶來了一次革命性的變化。

三、捷聯(lián)航姿測量系統(tǒng)設(shè)計

接下來我們將主要介紹使用了虛擬儀器技術(shù)設(shè)計出來的捷聯(lián)式航姿測量系統(tǒng)中的一種，首先我們介紹一下這個系統(tǒng)所具備的特點：

第一，此系統(tǒng)的設(shè)計非常注重工作效率和時間準確性。

第二，該系統(tǒng)的計時和同步非常準確。在本系統(tǒng)中安裝有硬件定時器，實現(xiàn)了時間的計時和同步，所以在移植過程中不需要重新調(diào)整時間參數(shù)。

第三，合理的使用的數(shù)字濾波。

第四，該系統(tǒng)使用了多任務(wù)操作系統(tǒng)，因此可以同時運行多個任務(wù)，而且在工作過程中對于影響因素進行了監(jiān)控，并且對主要的干擾因素進行了非常全面的分析。

（一）系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的硬件包括有數(shù)據(jù)接口和臺式的導(dǎo)航計算機，還有圖中沒有展現(xiàn)出來的光纖陀螺組合以及加速度計組合，這些組件每一部分都有自己的功能。其中臺式的導(dǎo)航計算機主要作用于元件測試、數(shù)據(jù)分析等工作，而且臺式機的系統(tǒng)功能更加完善;在完成系統(tǒng)開發(fā)工作之后，要將軟件移植到PC/104嵌入系統(tǒng)中去，在PC/104和微機的軟硬件體系可以很好的兼容，兩種微機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口功能基本一致。這種結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了軟件硬件的完美融合，提高了工作效率。

硬件結(jié)構(gòu)主要被分為四個部分：慣性傳感器、數(shù)據(jù)接口、導(dǎo)航計算機、輸出設(shè)備。這四個部分分別負責(zé)一定的功能。其中慣性傳感器的作用是感應(yīng)載體運動時的有關(guān)數(shù)據(jù)，計算出運動數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)接口的功能是進行信號轉(zhuǎn)換等工作;臺式機的主要功能是進行數(shù)據(jù)收集;顯示器主要是輸出數(shù)據(jù)，工作人員可以通過顯示器來操作儀器，實現(xiàn)人機交互。

（二）系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

主要展示的是軟件的程序面板，在這個面板上，不同的慣性軟件對應(yīng)不同的面板狀態(tài)，初始狀態(tài)設(shè)定在產(chǎn)品使用說明書上有說明，在使用過程中這些系數(shù)可以根據(jù)需要進行修改，只要在程序面板上修改相應(yīng)的標定因數(shù)即可，這種設(shè)計很大程度上提高了軟件的通用性。

我們可以大致看到軟件的工作流程，主要順序如下：首先系統(tǒng)自主校正，校正完畢之后進入航姿計算，大約經(jīng)過十秒鐘就要重復(fù)計算一次，顯示最終的計算結(jié)果，然后停止運行。

四、結(jié)語

總而言之，捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和傳統(tǒng)的系統(tǒng)相比有很強的人機交互性，開放性也很高，有很強的兼容性，捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的開發(fā)運行和研究過程中設(shè)計到了很多的專業(yè)知識，所以有很強的理論基礎(chǔ)，專業(yè)性很強，算法也經(jīng)過了很大一番改進，比較獨特，所以經(jīng)過一段時間的發(fā)展之后，應(yīng)用范圍越來越廣泛，從使用過程體驗和最終結(jié)果的準確性上都有很大的提升，應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)的加入提高了研發(fā)性能的優(yōu)越性，促進了軟件和硬件的融合，相比之前的設(shè)備大大提高了開發(fā)效率，節(jié)約了成本。

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作者簡介：沈惠秋（1985-），女，漢族，江蘇南通人，本科，工程師，設(shè)計員，研究方向：飛機航電系統(tǒng)。