基于SiP的低成本微小型GNC系統(tǒng)技術(shù)

吳美平，唐康華，任彥超，郭 妍

(國(guó)防科技大學(xué)智能科學(xué)學(xué)院，長(zhǎng)沙 410073)

0 引言

隨著微系統(tǒng)技術(shù)及新型微系統(tǒng)器件的發(fā)展，大量小型化、低成本、高性能的導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制(Na-vigation Guidance and Control，GNC)產(chǎn)品正越來(lái)越多地應(yīng)用于小型無(wú)人飛行器、微納衛(wèi)星、小型化制導(dǎo)彈藥等領(lǐng)域。這些微小型的武器平臺(tái)對(duì)GNC組件的大小、尺寸和功耗等指標(biāo)提出了嚴(yán)格要求，也大大牽引了GNC系統(tǒng)的小型化研究[1-4]。

歐美等軍事強(qiáng)國(guó)雖然沒(méi)有明確提出GNC微系統(tǒng)的概念，但在自身強(qiáng)烈軍事需求的牽引下，依靠其強(qiáng)大的工業(yè)基礎(chǔ)，不斷投入大量的人力和物力研究與GNC微系統(tǒng)相關(guān)的各種關(guān)鍵性技術(shù)，積極在GNC組件小型化、高集成度、低功耗、高性能、智能化技術(shù)等方面尋求突破[5-8]。目前，國(guó)外在GNC微系統(tǒng)研究領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)突出表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面[9-12]：

1)微系統(tǒng)集成技術(shù)和制造工藝技術(shù)發(fā)展迅速

當(dāng)前與GNC系統(tǒng)小型化有關(guān)的微系統(tǒng)技術(shù)包括專用集成電路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、片上系統(tǒng)(System on Chip，SoC)、單片微波集成電路(Monolithic Microwave Integrated Circuit，MMIC)和混合集成電路(Hybrid Integrated Circuit，HIC)等微電子技術(shù)和微機(jī)電系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)。其中，ASIC產(chǎn)品較為成熟，美國(guó)國(guó)防部微電子技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略已將ASIC技術(shù)列為重點(diǎn)發(fā)展內(nèi)容。SoC技術(shù)由于采用IP核復(fù)用和軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)，具有成熟的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，能夠綜合優(yōu)化軟硬件，提高系統(tǒng)性能和可靠性，縮短研制周期，降低研制成本。MMIC具有小型緊湊、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)、批量生產(chǎn)成本低和產(chǎn)品性能一致性好等性能優(yōu)勢(shì)。此外，制造工藝和封裝工藝也是微系統(tǒng)技術(shù)的關(guān)鍵。國(guó)外正大力研究立體集成和多異構(gòu)器件集成等先進(jìn)集成技術(shù)，高水平微加工工藝有助于不斷提高微系統(tǒng)的功能密度。

2)制導(dǎo)技術(shù)的創(chuàng)新及多模制導(dǎo)方式的應(yīng)用

美軍制導(dǎo)彈藥從最早單一的激光半主動(dòng)制導(dǎo)逐步發(fā)展為電視制導(dǎo)、紅外圖像制導(dǎo)、毫米波制導(dǎo)、全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System，GPS)/慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(Inertial Navigation System，INS)制導(dǎo)、多模復(fù)合制導(dǎo)等多種制導(dǎo)技術(shù)。

3)通用化、系列化和模塊化設(shè)計(jì)

通用化、系列化和模塊化設(shè)計(jì)以有限的彈種和型號(hào)滿足多樣化的作戰(zhàn)和訓(xùn)練需求；縮短了其研制和生產(chǎn)周期，大大降低了成本；提高了制導(dǎo)系統(tǒng)的質(zhì)量和可靠性，有利于武器系統(tǒng)的日常維護(hù)保養(yǎng)、檢修和戰(zhàn)場(chǎng)搶修。

4)智能化趨勢(shì)明顯

GNC系統(tǒng)的智能化是實(shí)現(xiàn)武器裝備一體化聯(lián)合作戰(zhàn)的關(guān)鍵，歐美等地區(qū)在發(fā)展下一代航空航天武器裝備時(shí)，高度重視GNC系統(tǒng)的智能化發(fā)展。GNC系統(tǒng)的智能化以動(dòng)態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、自主決策和精準(zhǔn)執(zhí)行為特征。目前，歐美等地區(qū)在巡航導(dǎo)彈、巡飛彈藥等平臺(tái)上已經(jīng)部分實(shí)現(xiàn)了飛行軌跡和作戰(zhàn)任務(wù)的在線重構(gòu)功能，但大規(guī)模的、不同平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)化重構(gòu)還有待GNC系統(tǒng)設(shè)計(jì)和智能算法的突破。此外，為實(shí)現(xiàn)人工智能化目標(biāo)，隨著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和自學(xué)習(xí)算法等智能算法的不斷演進(jìn)和成熟，機(jī)器學(xué)習(xí)在GNC領(lǐng)域已經(jīng)開(kāi)始得到應(yīng)用[12-14]。

國(guó)內(nèi)在研究低成本GNC微系統(tǒng)技術(shù)方面的起步較晚，目前裝備上主要是基于通用中央處理器(Cen-tral Processing Unit，CPU)/微控制單元(Microcon-troller Unit，MCU)及集成度較低的接口器件構(gòu)成單板系統(tǒng)，然后由若干個(gè)功能獨(dú)立的單板系統(tǒng)進(jìn)一步組成GNC系統(tǒng)，信息融合度差，這就造成GNC系統(tǒng)成本較高、功耗高、體積大。

我國(guó)無(wú)人飛行器、制導(dǎo)炮彈、制導(dǎo)火箭彈、制導(dǎo)炸彈和巡飛彈等裝備迫切需求一種低成本微小型GNC系統(tǒng)。我國(guó)在低成本微小型GNC系統(tǒng)產(chǎn)品方面與國(guó)外先進(jìn)水平差距較大。本文基于硅微陀螺與硅微加速度計(jì)構(gòu)成微慣性測(cè)量單元(Micro Inertial Measurement Unit，MIMU)，采用系統(tǒng)級(jí)封裝(System in Pac-kage，SiP)技術(shù)對(duì)衛(wèi)星基帶信息處理SoC、嵌入式深組合導(dǎo)航信息處理SoC、紅外成像信息處理SoC、制導(dǎo)信息處理SoC和通信控制器SoC等進(jìn)行高度集成，設(shè)計(jì)出基于SiP的GNC芯片?；贕NC芯片構(gòu)建低成本、一體化、小型化的微小型GNC系統(tǒng)，并對(duì)其性能進(jìn)行了部分驗(yàn)證。

1 總體技術(shù)方案

微小型GNC系統(tǒng)采用硅微陀螺與硅微加速度計(jì)構(gòu)成MIMU，采用SiP技術(shù)對(duì)衛(wèi)星基帶信息處理SoC、嵌入式深組合導(dǎo)航信息處理SoC、紅外成像信息處理SoC、制導(dǎo)信息處理SoC和通信控制器SoC等進(jìn)行高度集成，設(shè)計(jì)出基于SiP的GNC芯片，如圖1所示。

圖1 基于SiP的GNC芯片框圖Fig.1 Block diagram of GNC chip based on SiP

采用SiP封裝形式，將FPGA(Field Programma-ble Gate Array)裸芯、北斗接收機(jī)基帶裸芯、四核高性能數(shù)字信號(hào)處理器(Digital Signal Processor，DSP)裸芯、閃存(FLASH)裸芯和同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(Synchronous Dynamic Random Access Memory，SDRAM)裸芯等進(jìn)行高度集成，設(shè)計(jì)了GNC芯片，達(dá)到小型化、低功耗的設(shè)計(jì)要求。四核信息處理器分別用來(lái)處理全捷聯(lián)非制冷紅外成像的目標(biāo)識(shí)別、全捷聯(lián)非制冷紅外成像的目標(biāo)跟蹤、傳遞對(duì)準(zhǔn)與嵌入式深組合導(dǎo)航和制導(dǎo)與控制。

為了提高微小型GNC系統(tǒng)的精度和快速性，采用快速傳遞對(duì)準(zhǔn)技術(shù)進(jìn)行初始化，同時(shí)采用嵌入式深組合導(dǎo)航技術(shù)提高微小型GNC系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和抗干擾能力。

采用一種圖像信息與嵌入式深組合導(dǎo)航信息融合的復(fù)合制導(dǎo)方案，解決組合導(dǎo)航信息與圖像信息之間的空間和時(shí)間不一致性問(wèn)題，利用圖像測(cè)量信息修正慣導(dǎo)信息的誤差，并提取視線角速率信息。采用一種基于局部方向聚類的快速異源圖像模板匹配技術(shù)，以解決初始目標(biāo)識(shí)別問(wèn)題。

采用MIMU、紅外導(dǎo)引頭和舵機(jī)，基于SiP芯片構(gòu)建了低成本、一體化、小型化的微小型GNC系統(tǒng)，如圖2所示。

圖2 微小型GNC系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)框圖Fig.2 The function diagram of micro GNC system

采用專用邏輯設(shè)計(jì)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)IP核，構(gòu)建微小型GNC系統(tǒng)各種對(duì)外標(biāo)準(zhǔn)接口(如1553B、串口、CAN總線、SPI、網(wǎng)口、數(shù)據(jù)鏈等)，可根據(jù)用戶的需求進(jìn)行靈活配置，以適應(yīng)不同IMU、導(dǎo)引頭和舵機(jī)等。構(gòu)建統(tǒng)一的開(kāi)放式、嵌入式軟件平臺(tái)架構(gòu)，根據(jù)不同的制導(dǎo)方式，按標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)組裝不同的應(yīng)用軟件模塊。

2 部分關(guān)鍵技術(shù)分析及試驗(yàn)驗(yàn)證

2.1 基于SiP一體化微小型GNC芯片技術(shù)

為滿足小型化和低成本要求，采用塑封技術(shù)，將FPGA、北斗接收機(jī)基帶、高性能DSP、FLASH和SDRAM等裸芯集成在一個(gè)芯片上，GNC芯片如圖3所示。其設(shè)計(jì)目標(biāo)是通過(guò)SiP集成技術(shù)實(shí)現(xiàn)微小型GNC系統(tǒng)小型化和模塊化，使SiP芯片滿足功能、性能和可測(cè)性等各方面的需求。

圖3 初步評(píng)估封裝尺寸圖Fig.3 Dimensional drawing of the SiP chip

基于現(xiàn)有設(shè)計(jì)平臺(tái)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，其中設(shè)計(jì)平臺(tái)中的硬件設(shè)計(jì)主要是根據(jù)系統(tǒng)集成需求和微系統(tǒng)總體方案，基于已有芯片庫(kù)和工藝庫(kù)進(jìn)行微系統(tǒng)功能級(jí)和電路級(jí)詳細(xì)方案設(shè)計(jì)，以驗(yàn)證微系統(tǒng)構(gòu)架、可測(cè)性和可靠性設(shè)計(jì)。完整的微系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程如圖4所示，本設(shè)計(jì)中采用成熟裸芯片，因此可從芯片庫(kù)開(kāi)始設(shè)計(jì)。

為達(dá)到產(chǎn)品高性能、小尺寸、高可靠性以及超低功耗的要求，將引線縫合(Wire Bonding，WB)形式的裸芯通過(guò)重新布線層(Redistribution Layer，RDL)轉(zhuǎn)換為倒裝(Flip Chip，F(xiàn)C)形式后，在樹脂基板上與其他FC芯片進(jìn)行集成。通過(guò)對(duì)裸芯片進(jìn)行再布線，將芯片的引出端由傳統(tǒng)的邊緣排布改為芯片表面滿陣列排布，電互聯(lián)技術(shù)也由傳統(tǒng)的引線鍵合改為倒裝焊接，采用RDL技術(shù)把WB的芯片進(jìn)行互聯(lián)，使芯片面積和間距大大減小，質(zhì)量也更小。

2.2 開(kāi)放式的軟硬件架構(gòu)技術(shù)

采用專用邏輯設(shè)計(jì)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)IP核，構(gòu)建微小型GNC系統(tǒng)各種對(duì)外標(biāo)準(zhǔn)接口(如串口、CAN總線、SPI、1553B、網(wǎng)口、數(shù)據(jù)鏈等)，可根據(jù)用戶的需求進(jìn)行靈活配置,以適應(yīng)不同IMU、導(dǎo)引頭和舵機(jī)等。

微小型GNC系統(tǒng)具有制導(dǎo)模塊的二次開(kāi)發(fā)功能，通過(guò)通信控制器提供的制導(dǎo)開(kāi)發(fā)接口，對(duì)總體單位進(jìn)行制導(dǎo)模塊設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)與實(shí)現(xiàn)。對(duì)于特定武器平臺(tái)，可根據(jù)不同接口的標(biāo)準(zhǔn)、速度和類型等特征進(jìn)行定制。

構(gòu)建統(tǒng)一的開(kāi)放式、嵌入式軟件平臺(tái)架構(gòu)，根據(jù)不同制導(dǎo)方式，按標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)組裝不同的應(yīng)用軟件模塊，如圖5所示。

圖4 完整的微系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程Fig.4 Design flow cart of micro GNC system

圖5 微小型GNC系統(tǒng)軟件架構(gòu)圖Fig.5 The software architecture diagram of micro GNC system

軟件架構(gòu)可以解決傳遞對(duì)準(zhǔn)、衛(wèi)星導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航、多傳感器組合導(dǎo)航、導(dǎo)引頭信息處理、制導(dǎo)與控制等算法在嵌入式平臺(tái)上的集成和驗(yàn)證。

在接口設(shè)計(jì)上，提供常用接口的設(shè)計(jì)；在任務(wù)調(diào)度上，采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，提供工況信息狀態(tài)查詢?nèi)蝿?wù)；在應(yīng)用層上，實(shí)現(xiàn)了傳感器信息解析和預(yù)處理，以及GNC等模塊的集成。

2.3 嵌入式深組合導(dǎo)航技術(shù)

(1)深組合基帶信號(hào)信息處理單元

在彈載微慣性/北斗深組合導(dǎo)航設(shè)備中，能夠?qū)Ρ倍沸l(wèi)星信號(hào)實(shí)現(xiàn)快速捕獲、跟蹤及解調(diào)譯碼，具備提取并輸出偽距、載波相位、載波多普勒和導(dǎo)航電文等原始觀測(cè)信息的功能。基帶處理單元主要包括偽碼捕獲電路、多相關(guān)通道、多通道信號(hào)跟蹤與解調(diào)電路、基本觀測(cè)量提取電路、定時(shí)電路和接口控制電路等，其原理框圖如圖6所示。

在基帶信號(hào)處理單元中，多路A/D采樣信號(hào)經(jīng)數(shù)字正交下變頻后，利用多路時(shí)域并行相關(guān)結(jié)合頻域快速傅立葉變換(Fast Fourier Transform，F(xiàn)FT)算法，完成對(duì)測(cè)距碼相位的查找以及載波多普勒的確定。多通道信號(hào)跟蹤與解調(diào)電路最多支持256路跟蹤通道，多路數(shù)字中頻輸入可實(shí)現(xiàn)不同通道對(duì)不同天線的數(shù)字波束的跟蹤，跟蹤電路應(yīng)用鎖頻環(huán)(Frequency Lock Loop，F(xiàn)LL)/鎖相環(huán)(Phase Lock Loop，PLL)相結(jié)合跟蹤算法實(shí)現(xiàn)對(duì)載波的跟蹤和導(dǎo)航電文的解調(diào)。采用載波輔助的子載波跟蹤環(huán)(Sub-carrier Lock Loop，SLL)跟蹤二進(jìn)制偏移載波BOC信號(hào)子載波，采用載波輔助的延遲鎖定環(huán)跟蹤擴(kuò)頻碼，捕獲與跟蹤電路通過(guò)總線與深組合控制接口向量，可實(shí)現(xiàn)慣導(dǎo)對(duì)跟蹤和捕獲的輔助，基本觀測(cè)量提取單元可實(shí)現(xiàn)偽距、載波相位和多普勒等基本觀測(cè)量的提取。接口電路可實(shí)現(xiàn)加解密模塊(PRM)芯片等外設(shè)控制和對(duì)外信息交互。導(dǎo)航電文和觀測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)并行接口送到定位解算處理器，完成位置、速度和時(shí)間(Position,Velocity and Tme，PVT)解算及協(xié)議解析分發(fā)。

圖6 深組合基帶單元功能框圖Fig.6 The function diagram of ultra-tightly integrated base-band unit

(2)深組合導(dǎo)航的體系結(jié)構(gòu)[15]

級(jí)聯(lián)型的深組合導(dǎo)航算法采用兩級(jí)濾波結(jié)構(gòu)：一個(gè)濾波器用來(lái)處理基帶測(cè)量信號(hào)，得到偽距差和偽距率差等輸出，其中偽距差和偽距率差除了包含接收機(jī)本身的誤差(如熱噪聲、晶振不穩(wěn)定性偏差等)外，還包含了MIMU慣性測(cè)量誤差；另一濾波器用來(lái)導(dǎo)航濾波，以基帶測(cè)量信息預(yù)處理模塊得到的偽距差和偽距率差作為導(dǎo)航濾波器的觀測(cè)量，采用濾波的方法估計(jì)出組合導(dǎo)航狀態(tài)誤差(位置、速度、姿態(tài)角、慣性器件誤差等)，從而得到最優(yōu)的組合導(dǎo)航解(位置、速度、姿態(tài)角等)；最后根據(jù)組合導(dǎo)航的解、電離層估計(jì)、衛(wèi)星的位置、速度和接收機(jī)鐘差及鐘差漂移等，估算出載波和碼NCO控制量，閉合載波和碼跟蹤回路。級(jí)聯(lián)型的深組合導(dǎo)航結(jié)構(gòu)如圖7所示。

2.4 試驗(yàn)驗(yàn)證方案

基于SiP的 GNC芯片，采用MEMS IMU和外圍電路，構(gòu)建了微小型GNC系統(tǒng)，如圖8所示。

圖7 深組合導(dǎo)航系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖Fig.7 The structure of ultra-tightly GNSS/INS integrated navigation system

圖8 微小型GNC系統(tǒng)圖Fig.8 Diagram of micro GNC system

其中，GNC信息處理板包含基于SiP的GNC芯片，SiP GNC芯片的尺寸為30mm×30mm×4mm，實(shí)現(xiàn)了傳遞對(duì)準(zhǔn)、嵌入式組合導(dǎo)航和舵機(jī)控制功能，并且預(yù)留了制導(dǎo)控制資源，用戶可以針對(duì)不同的應(yīng)用進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。

(1)嵌入式深組合導(dǎo)航系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能測(cè)試

采用設(shè)計(jì)的微小型GNC系統(tǒng)，構(gòu)建系統(tǒng)測(cè)試框圖如圖9所示。通過(guò)控制計(jì)算機(jī)生成所需的軌跡數(shù)據(jù)文件，驅(qū)動(dòng)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System，GNSS)/INS復(fù)合信號(hào)模擬器，使其同步輸出慣導(dǎo)數(shù)據(jù)(陀螺和加速度計(jì)數(shù)據(jù))和北斗衛(wèi)星射頻信號(hào)。

圖9 微小型GNC系統(tǒng)導(dǎo)航部分測(cè)試框圖Fig.9 The navigation system testing diagram of micro GNC system

微小型GNC系統(tǒng)接收GNSS射頻信號(hào)及IMU原始數(shù)據(jù)，進(jìn)行綜合數(shù)據(jù)處理，輸出組合結(jié)果(包括載體位置、速度、加速度、姿態(tài)等信息)。測(cè)試評(píng)估計(jì)算機(jī)將微小型GNC系統(tǒng)中組合導(dǎo)航結(jié)果和狀態(tài)信息與復(fù)合模擬器輸出的參考軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，從而實(shí)現(xiàn)精度評(píng)估。

基于構(gòu)建的半實(shí)物仿真測(cè)試系統(tǒng)，構(gòu)建了動(dòng)態(tài)測(cè)試仿真條件：50g水平圓周、100g水平圓周、50g垂直圓周、100g垂直圓周、50g正弦、100g正弦和50g直線七種典型高動(dòng)態(tài)場(chǎng)景。所有場(chǎng)景的仿真時(shí)長(zhǎng)均為1800s，前300s靜止(用于慣導(dǎo)的對(duì)準(zhǔn))，后1500s運(yùn)動(dòng)[15]。

表1 50g定位測(cè)速結(jié)果對(duì)比

從表1 可以看出，在50g、5g/s的高運(yùn)動(dòng)環(huán)境下，高動(dòng)態(tài)接收機(jī)和深耦合接收機(jī)都可以正常工作，但是深耦合接收機(jī)能夠提高定位測(cè)速精度，且其定位精度優(yōu)于10m(CEP95)，測(cè)速精度優(yōu)于0.2m/s(CEP95)。其中，水平圓周50g誤差曲線如圖10所示,100g條件測(cè)試結(jié)果如表2所示。

圖10 水平圓周50g定位測(cè)速誤差曲線比較Fig.10 Position/velocity error curve of ultra-tightly GNSS/INS integrated navigation system for 50g level circle trajectory

表2 100g定位測(cè)速結(jié)果對(duì)比

基于設(shè)計(jì)的七種高動(dòng)態(tài)場(chǎng)景，對(duì)深耦合接收機(jī)系統(tǒng)跟蹤靈敏度進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表3所示。

可以看出，高動(dòng)態(tài)條件下，深耦合接收機(jī)相對(duì)純接收機(jī)跟蹤靈敏度提高了2～8dB。

表3 靈敏度測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)

基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BeiDou Navigation Satellite System，BDS)/INS復(fù)合模擬器，構(gòu)建BDS/INS深組合導(dǎo)航測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)BDS/MIMU深組合導(dǎo)航系統(tǒng)性能進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)論如下：

1)在50g、5g/s的高運(yùn)動(dòng)環(huán)境下，高動(dòng)態(tài)接收機(jī)和深耦合接收機(jī)都可以正常工作，但是深耦合接收機(jī)能夠提高定位測(cè)速精度，且其定位精度優(yōu)于10m(CEP95)，測(cè)速精度優(yōu)于0.2m/s(CEP95)；

2)深耦合接收機(jī)能夠正常工作于100g、10g/s的超高運(yùn)動(dòng)環(huán)境，定位精度優(yōu)于5m(CEP95)，測(cè)速精度優(yōu)于0.2m/s(CEP95)，而純接收機(jī)在此條件下無(wú)法正常導(dǎo)航定位；

3)高動(dòng)態(tài)條件下，深耦合接收機(jī)相對(duì)純接收機(jī)跟蹤靈敏度提高了2～8dB。

(2)傳遞對(duì)準(zhǔn)及純慣性導(dǎo)航系統(tǒng)性能測(cè)試

采用陀螺精度優(yōu)于3(°)/h(1s平均)，加速度計(jì)精度優(yōu)于0.1mg(1s平均)進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如圖11所示，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表4所示。

車載試驗(yàn)時(shí)，先進(jìn)行傳遞對(duì)準(zhǔn)，傳遞對(duì)準(zhǔn)姿態(tài)角精度如表5所示。對(duì)準(zhǔn)完之后進(jìn)行純慣性導(dǎo)航，100s純慣性導(dǎo)航精度如表6所示。

在車載試驗(yàn)中，除去主子慣導(dǎo)系統(tǒng)之間的安裝角偏差，傳遞對(duì)準(zhǔn)精度為：

1)方位角對(duì)準(zhǔn)精度優(yōu)于0.15°(1σ)；

2)水平姿態(tài)角精度優(yōu)于0.015°(1σ)。

在車載試驗(yàn)中，傳遞對(duì)準(zhǔn)后，100s純慣性導(dǎo)航定位精度為：

1)水平定位精度優(yōu)于30m；

2)高度定位精度優(yōu)于35m；

3)方位姿態(tài)角精度優(yōu)于0.1°；

4)水平姿態(tài)角精度優(yōu)于0.05°。

MIMU性能、傳遞對(duì)準(zhǔn)和純慣性可以滿足低成本制導(dǎo)裝備的需求。

圖11 MIMU性能測(cè)試曲線Fig.11 Results of MIMU performance test

表4 靜態(tài)測(cè)試結(jié)果

表5 機(jī)動(dòng)時(shí)傳遞對(duì)準(zhǔn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

表6 100s純慣性導(dǎo)航誤差統(tǒng)計(jì)

3 結(jié)論

針對(duì)無(wú)人飛行器、制導(dǎo)炮彈、制導(dǎo)火箭彈、制導(dǎo)炸彈和巡飛彈等對(duì)低成本、小型化、低功耗和高精度GNC系統(tǒng)的需求，采用MEMS IMU、北斗接收模塊、全捷聯(lián)紅外/可見(jiàn)光/激光等多模復(fù)合智能捷聯(lián)導(dǎo)引頭、信息處理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)鏈通信等技術(shù)及SiP技術(shù)實(shí)現(xiàn)了一體化微小型GNC系統(tǒng)集成，并對(duì)其導(dǎo)航性能進(jìn)行了測(cè)試評(píng)估，BDS/MIMU深組合導(dǎo)航系統(tǒng)性能測(cè)試結(jié)論如下：

1)在50g、5g/s和100g、10g/s的高運(yùn)動(dòng)環(huán)境下，深組合導(dǎo)航系統(tǒng)能夠提高定位測(cè)速精度，且定位精度優(yōu)于10m(CEP95)，測(cè)速精度優(yōu)于0.2m/s(CEP95)。

2)高動(dòng)態(tài)條件下，深組合導(dǎo)航系統(tǒng)相對(duì)純接收機(jī)跟蹤靈敏度提高了2～8dB。

3)在車載試驗(yàn)中，傳遞對(duì)準(zhǔn)后，100s純慣性導(dǎo)航定位精度為：水平定位精度優(yōu)于30m，高度定位精度優(yōu)于35m。

系統(tǒng)具有制導(dǎo)模塊的二次開(kāi)發(fā)功能，可以滿足不同用戶需求，為各精確制導(dǎo)裝備提供管用、好用、用得起的低成本微小型GNC系統(tǒng)。