淺析某型機(jī)慣導(dǎo)系統(tǒng)的快速研發(fā)

莫 勇

（中航工業(yè)自控所，陜西 西安 710065）

1 項(xiàng)目研制背景

隨著航空裝備技術(shù)的發(fā)展，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)以其自主性的優(yōu)勢(shì)，已成為現(xiàn)代先進(jìn)航空器不可或缺的重要導(dǎo)航設(shè)備，成為了載機(jī)航電系統(tǒng)及各類(lèi)任務(wù)系統(tǒng)的中心信息源之一。

激光捷聯(lián)慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航系統(tǒng)，采用激光陀螺和撓性加速度計(jì)作為核心傳感器，通過(guò)捷聯(lián)慣性導(dǎo)航算法實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航解算，通過(guò)數(shù)字總線及離散量等接口接收輸入信息及控制命令，并向相關(guān)交聯(lián)設(shè)備輸出載機(jī)的位置、速度、加速度、航向、姿態(tài)、角速度、待飛時(shí)間、待飛距離、偏航距、偏航角等導(dǎo)航及引導(dǎo)信息。

通過(guò)采用嵌入式衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)及外置無(wú)線電導(dǎo)航接收機(jī)的導(dǎo)航定位信息，應(yīng)用組合導(dǎo)航算法，可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)高精度的慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航功能。

為某型特種機(jī)配套研制的慣導(dǎo)系統(tǒng)研制項(xiàng)目于2010年4月下旬啟動(dòng)，按照飛機(jī)總體研制進(jìn)度，要求在同年5月底交付裝機(jī)件并在同年9月底前配合主機(jī)完成首飛，時(shí)間進(jìn)度異常緊張，按照常規(guī)慣導(dǎo)系統(tǒng)型號(hào)產(chǎn)品所需的研制周期來(lái)說(shuō)，幾乎是不可能實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。

2 標(biāo)準(zhǔn)在研發(fā)過(guò)程中的應(yīng)用

2.1 標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用概述

根據(jù)項(xiàng)目總體進(jìn)度安排及技術(shù)要求，按照全新設(shè)計(jì)的思路為某型特種飛機(jī)研制激光捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)是難以實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)載機(jī)對(duì)于該型慣導(dǎo)系統(tǒng)的功能、性能及接口的需求的進(jìn)一步分析，最終確定以符合GJB 4859–2003《機(jī)載激光捷聯(lián)慣性導(dǎo)航裝置通用規(guī)范》的某系列激光捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)為原型進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)是可能同時(shí)達(dá)成需求與進(jìn)度目標(biāo)的唯一有效途徑。其核心是利用符合“三化”設(shè)計(jì)的系統(tǒng)架構(gòu)、硬件組件和軟件模塊，根據(jù)載機(jī)和任務(wù)系統(tǒng)的需求進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)，在總體進(jìn)度要求的時(shí)間限度內(nèi)完成型號(hào)產(chǎn)品研制交付。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)及功能、性能設(shè)計(jì)

為某型特種機(jī)配套研制的激光捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)依據(jù)GJB 4859–2003的配置包含了慣性導(dǎo)航部件及慣導(dǎo)部件托架，根據(jù)嵌入式衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的使用需求配置了衛(wèi)星導(dǎo)航天線。其中，作為系統(tǒng)核心的慣性導(dǎo)航部件的架構(gòu)包括慣導(dǎo)部件機(jī)箱、慣性敏感組件、電子線路組件等硬件結(jié)構(gòu)，該架構(gòu)與某系列激光捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)一致，可以借用現(xiàn)有的慣導(dǎo)部件機(jī)箱、慣性敏感組件及大部分電子線路組件，以快速實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品的研發(fā)。

該型慣導(dǎo)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)裝訂、導(dǎo)航參數(shù)計(jì)算、導(dǎo)航參數(shù)輸出、位置校正、記憶、標(biāo)定、自檢測(cè)、安裝誤差補(bǔ)償、非易失存儲(chǔ)等主要功能以及該系統(tǒng)所具有的準(zhǔn)備、羅經(jīng)對(duì)準(zhǔn)、快速對(duì)準(zhǔn)、導(dǎo)航等工作狀態(tài)設(shè)計(jì)均符合GJB 4859–2003中的相關(guān)規(guī)定，該系統(tǒng)的組合導(dǎo)航功能設(shè)計(jì)按照GJB 5298–2004《機(jī)載慣性—GNSS組合導(dǎo)航系統(tǒng)通用規(guī)范》及組合導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范的相關(guān)要求進(jìn)行，既滿(mǎn)足了載機(jī)和任務(wù)系統(tǒng)的功能需求，又保證了快速研發(fā)的進(jìn)度目標(biāo)，避免了重復(fù)進(jìn)行的系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)和論證工作。

該型慣導(dǎo)系統(tǒng)的性能指標(biāo)體系按照GJB 4859–2003中I類(lèi)慣導(dǎo)系統(tǒng)的性能指標(biāo)選用，該指標(biāo)體系既滿(mǎn)足載機(jī)和任務(wù)系統(tǒng)對(duì)慣導(dǎo)系統(tǒng)的性能需求，能在現(xiàn)有技術(shù)水平及技術(shù)能力的條件下順利實(shí)現(xiàn)。

2.3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

該型慣導(dǎo)系統(tǒng)的機(jī)箱采用了符合GJB 4859–2003所規(guī)定的GJB 441–1988《機(jī)載電子設(shè)備機(jī)箱、安裝架的安裝形式和基本尺寸》中的7/8ATR標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱，同時(shí)機(jī)箱與托架之間的連接也符合GJB 441–1988中的B類(lèi)緊定裝置的要求，該設(shè)計(jì)與現(xiàn)有某系列慣導(dǎo)系統(tǒng)的機(jī)箱及托架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一致，可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有產(chǎn)品的復(fù)用，節(jié)省對(duì)機(jī)箱及托架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及驗(yàn)證的研制周期。

該型慣導(dǎo)系統(tǒng)的慣性敏感組件及大部分電子線路組件均采用了滿(mǎn)足GJB 4859–2003中模塊化設(shè)計(jì)所要求的既有組件，這些組件均按照《慣性測(cè)量組件設(shè)計(jì)規(guī)范》、《激光陀螺儀通用規(guī)范》、《加速度計(jì)設(shè)計(jì)規(guī)范》、《機(jī)載慣導(dǎo)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》、《慣導(dǎo)系統(tǒng)電源分系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》、《激光陀螺電子線路設(shè)計(jì)規(guī)范》等企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，具有良好的通用性，通過(guò)組件級(jí)產(chǎn)品的重用，極大地縮短了組件級(jí)產(chǎn)品研發(fā)和驗(yàn)證周期。

該型慣導(dǎo)系統(tǒng)的接口電路，采用了符合ARINC429、ARINC407、RS422接口標(biāo)準(zhǔn)的成品電路模塊組件，既可滿(mǎn)足與載機(jī)相關(guān)設(shè)備的交聯(lián)需求，又能滿(mǎn)足研制進(jìn)度的需求。該型慣導(dǎo)系統(tǒng)的電源電路，采用了的符合GJB 181–1986《飛機(jī)供電特性及對(duì)用電設(shè)備的要求》中B類(lèi)設(shè)備所要求的成熟電路設(shè)計(jì)，保證了慣導(dǎo)系統(tǒng)與載機(jī)電源系統(tǒng)的良好匹配和兼容。

該型慣導(dǎo)系統(tǒng)的硬件環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)符合GJB150–1986《軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法》、GJB151A–1997《軍用設(shè)備電磁兼容試驗(yàn)測(cè)試》等標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定項(xiàng)目的要求，同時(shí)該要求與某型特種機(jī)對(duì)慣導(dǎo)系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性要求相吻合。上述環(huán)境適應(yīng)性已經(jīng)原型慣導(dǎo)系統(tǒng)的環(huán)境試驗(yàn)及電磁兼容試驗(yàn)的驗(yàn)證，為后續(xù)該型慣導(dǎo)系統(tǒng)的裝機(jī)試驗(yàn)、試飛和使用奠定了良好的基礎(chǔ)，同時(shí)也降低了研制的風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在某系列慣導(dǎo)系統(tǒng)研制之初，即同步開(kāi)展了機(jī)載慣導(dǎo)系統(tǒng)軟件“三化”工作，在GJB2255–1994《軍用軟件產(chǎn)品》、GJB2786–1996《武器系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)》、GJB5236–2004《軍用軟件質(zhì)量度量》、GJB2434A–2004《軍用軟件產(chǎn)品評(píng)價(jià)》、GJB/Z102–1997《軟件可靠性和安全性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》、GJB5369–2005《航天型號(hào)軟件C語(yǔ)言安全子集》等軍用軟件標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，借鑒國(guó)內(nèi)外“三化”資料，建立、完善了包括《機(jī)載慣性導(dǎo)航系統(tǒng)軟件三化研制總要求》、《機(jī)載慣性導(dǎo)航系統(tǒng)軟件C語(yǔ)言編程規(guī)范》、《機(jī)載慣性導(dǎo)航系統(tǒng)軟件需求規(guī)范》、《機(jī)載慣性導(dǎo)航系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)規(guī)范》、《機(jī)載慣性導(dǎo)航系統(tǒng)軟件測(cè)試規(guī)范》的一套統(tǒng)一的規(guī)范和規(guī)則；同時(shí)，在此基礎(chǔ)上建立了標(biāo)準(zhǔn)的軟件模塊庫(kù)，便于后續(xù)機(jī)載慣導(dǎo)系統(tǒng)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)使用，由此有力地保證了慣導(dǎo)系統(tǒng)軟件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)符合“三化”的要求。

為某型特種機(jī)配套研制的激光捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程充分繼承了機(jī)載慣導(dǎo)系統(tǒng)軟件“三化”設(shè)計(jì)的成果，在軟件的需求、設(shè)計(jì)、編碼、測(cè)試規(guī)范的指導(dǎo)和約束下，其核心的采樣、處理和解算等軟件功能的實(shí)現(xiàn)均采用了成熟的通用軟件模塊，僅對(duì)設(shè)計(jì)接口功能的軟件部分進(jìn)行了適應(yīng)性的更改，通用模塊庫(kù)的復(fù)用率達(dá)60%以上。由此，軟件開(kāi)發(fā)效率大幅提高、軟件維護(hù)工作量大幅減少，促進(jìn)了該型慣導(dǎo)系統(tǒng)軟件的需求分析、設(shè)計(jì)、編碼及測(cè)試工作的快速推進(jìn)；同時(shí)，也能夠充分確保該型慣導(dǎo)系統(tǒng)軟件產(chǎn)品設(shè)計(jì)的功能性、可靠性、易用性、高效性、維護(hù)性、可移植性、安全性滿(mǎn)足要求，保證軟件的高質(zhì)量設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。

3 標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用的效果

在符合GJB 4859–2003框架下的激光捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)為原型的某系列慣導(dǎo)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)采用已有的標(biāo)準(zhǔn)化慣導(dǎo)系統(tǒng)架構(gòu)、硬件組件及軟件模塊進(jìn)行組合化改進(jìn)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了為某型特種飛機(jī)配套的激光捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的快速研發(fā)。

該型慣導(dǎo)系統(tǒng)僅在40天的時(shí)間內(nèi)就完成了系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)、樣機(jī)制造、軟件調(diào)試、系統(tǒng)調(diào)試及驗(yàn)收檢驗(yàn)等各項(xiàng)研發(fā)工作，如期交付主機(jī)單位開(kāi)展后續(xù)的聯(lián)試試驗(yàn)，保證了該型特種飛機(jī)的首飛節(jié)點(diǎn)目標(biāo)如期實(shí)現(xiàn)。在聯(lián)試和試飛過(guò)程中，該型慣導(dǎo)系統(tǒng)的功能、性能、接口等各項(xiàng)要求均滿(mǎn)足載機(jī)及任務(wù)系統(tǒng)的需求，體現(xiàn)了優(yōu)良的設(shè)計(jì)水平。

4 結(jié)束語(yǔ)

該型激光捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的快速研發(fā)再一次證明了產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程“標(biāo)準(zhǔn)先行”的優(yōu)勢(shì)。國(guó)軍標(biāo)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定過(guò)程，是對(duì)于技術(shù)和產(chǎn)品的驗(yàn)證、總結(jié)和提煉的過(guò)程，正是有了前期的技術(shù)積淀，才保證了產(chǎn)品快速研發(fā)的可行性。

在圓滿(mǎn)完成為某型特種機(jī)配套的慣導(dǎo)系統(tǒng)快速研發(fā)的同時(shí)，也進(jìn)一步給我們帶來(lái)一些新的思考：近年來(lái)我國(guó)武器裝備的發(fā)展速度迅猛，各類(lèi)新研飛機(jī)項(xiàng)目不斷展開(kāi)，但是否對(duì)于每型飛機(jī)配套的機(jī)載慣性導(dǎo)航系統(tǒng)均有必要重新研制或進(jìn)行改型設(shè)計(jì)，能否在滿(mǎn)足通用需求的前提下，采用一種完全基于通用標(biāo)準(zhǔn)（如GJB 4859–2003）的F3（外形、適應(yīng)性、功能）慣導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以進(jìn)一步加快載機(jī)項(xiàng)目的研制步伐。若能從用戶(hù)需求的確定及載機(jī)總體方案的論證階段即開(kāi)展相關(guān)的工作將是大有裨益的。

某型機(jī)慣性導(dǎo)航裝置規(guī)范的制定和實(shí)施對(duì)于機(jī)載設(shè)備的研制應(yīng)該是有一定的借鑒意義的。