彈載慣性測量單元修正常數(shù)轉(zhuǎn)換軟件的設(shè)計與實現(xiàn)

張俊升 胡艷娜 王婷婷 史廣飛 寧振峰 付曉

摘要：設(shè)計開發(fā)了某進口型彈載慣性測量單元修正常數(shù)轉(zhuǎn)換軟件，軟件根據(jù)標定試驗數(shù)據(jù)能夠一鍵計算出64個修正常數(shù)。經(jīng)實驗證明，該軟件功能完備、簡潔易用，解決了修正常數(shù)計算過程復(fù)雜、技術(shù)門檻高、耗費時間長及結(jié)果易出錯等問題，大大提升了修正常數(shù)的計算效率，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；標定；慣性測量；修正常數(shù)

中圖分類號：TP319文獻標志碼：A文章編號：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)彈飛行過程中實時測量導(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)彈命中目標的重要保障。某進口型導(dǎo)彈慣性測量單元采用捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)，由3個陀螺、3個加速度計和相關(guān)電路組成，由于陀螺和加速度計的加工精度、溫度漂移及工作環(huán)境等因素影響，陀螺和加速度計會產(chǎn)生零偏誤差和刻度系數(shù)誤差。同時由于慣性測量單元的安裝精度，陀螺和加速度計還會產(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)角速度的測量誤差，彈載慣性測量單元在使用前必須進行各項誤差參數(shù)的標定補償[2]。

慣性測量單元的標定實質(zhì)是一個校準的過程[3]，一般是利用轉(zhuǎn)動平臺使慣性測量單元在不同位置、不同溫度條件下進行特定的動態(tài)或靜態(tài)的運動，獲得大量的實驗參數(shù)，最后按照建立的系統(tǒng)誤差模型，計算出修正常數(shù)，完成慣性測量單元的標定。

1標定原理

某進口型導(dǎo)彈慣性測量單元采用了平臺式連續(xù)翻滾自標定的方法進行地面標定[4]，標定時把慣性測量單元固定在精密轉(zhuǎn)臺上，采用六位置翻轉(zhuǎn)法對慣性測量單元進行標定，分別如圖1和圖2所示。

通過旋轉(zhuǎn)平臺采集慣性測量單元在5個不同溫度、6個不同位置和12個不同速率下的試驗數(shù)據(jù)，生成標定試驗的相關(guān)數(shù)據(jù)文件（CNT文件）。利用CNT文件，按照慣性測量單元標定的系統(tǒng)誤差模型計算出最終的修正常數(shù)，把修正常數(shù)寫入到慣性測量單元的相關(guān)存儲芯片中，供飛控計算機調(diào)用，修正陀螺和加速度計的零偏誤差、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

通用標定系統(tǒng)按照誤差數(shù)學(xué)模型對慣性測量單元進行標定試驗，計算出修正常數(shù)，通過誤差補償?shù)姆椒ㄌ嵘龖T性測量單元的測量精度，提高導(dǎo)彈導(dǎo)航精度，降低脫靶率。通用標定系統(tǒng)對慣性測量單元進行標定試驗，輸出標定試驗的相關(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)模型進行復(fù)雜計算和轉(zhuǎn)換，得到64個修正常數(shù)。

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

按照誤差數(shù)學(xué)模型進行修正常數(shù)計算時，計算過程復(fù)雜、耗費時間長，需反復(fù)計算核對，且由于人工計算疲勞等因素，計算結(jié)果易出錯，可靠性差、效率低。為解決人工計算的缺點，實現(xiàn)修正常數(shù)的自動計算轉(zhuǎn)換，本文利用VC++ 6.0設(shè)計開發(fā)慣性測量單元修正常數(shù)轉(zhuǎn)換軟件，輸入CNT文件和慣性測量單元編號后，軟件自動按照誤差數(shù)學(xué)模型一鍵計算轉(zhuǎn)換出64個修正常數(shù)文件，并以TXT文件保存到工控機中。該方法可以大幅提高計算效率，避免了人工計算結(jié)果易出錯的情況，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

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

3.1軟件設(shè)計

修正常數(shù)轉(zhuǎn)換軟件首先需要輸入CNT文件，然后對CNT文件數(shù)據(jù)的完整性進行檢查，若包含了5個不同溫度、6個不同位置、12個不同速率下的試驗數(shù)據(jù)，進行64個修正常數(shù)的計算并保存；若數(shù)據(jù)不全，則保存時提示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)計如圖4所示，包含輸入文檔、輸入編號、保存文件、退出使用說明與注意事項5部分。通過瀏覽文件按鈕可以選擇要輸入的CNT文件，輸入編號后，點擊保存文件即可完成修正常數(shù)的轉(zhuǎn)換計算和轉(zhuǎn)換后TXT文件的保存。轉(zhuǎn)換完成后，點擊退出即可退出修正常數(shù)轉(zhuǎn)換軟件，使用說明對修正常數(shù)轉(zhuǎn)換軟件的使用方法進行了簡潔明了的說明，注意事項對軟件每次打開只能轉(zhuǎn)換1個CNT文件進行了說明。

3.2編碼實現(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)行列位置識別出CNT文件中的具體數(shù)據(jù)參數(shù)；計算轉(zhuǎn)換部分是利用其標定試驗數(shù)據(jù)，按照慣性測量單元誤差數(shù)學(xué)模型，經(jīng)擬合運算、微分積分等復(fù)雜運算得到64個修正常數(shù)。計算完成后，64個修正常數(shù)以TXT文件的方式保存，先建立一個以編號為名稱的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)把計算好的64個修正常數(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實驗驗證

實驗主要是驗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)慣性測量單元CNT文件，手動計算修正常數(shù)，然后利用修正常數(shù)轉(zhuǎn)換軟件對慣性測量單元的CNT文件進行轉(zhuǎn)換，得到64個修正常數(shù)的TXT文件，經(jīng)大量實驗對比，手動計算結(jié)果與軟件轉(zhuǎn)換結(jié)果完全一致，軟件功能完備，運行正常。轉(zhuǎn)換得到的64個修正常數(shù)如圖5所示。

5結(jié)束語

慣性測量單元修正常數(shù)轉(zhuǎn)換軟件可以一鍵計算出64個修正常數(shù)，并以TXT文件保存到上位機中，功能完備、簡潔易用，解決了計算過程復(fù)雜、技術(shù)門檻高、耗費時間長、計算結(jié)果需反復(fù)核對及易出錯等問題。該軟件已應(yīng)用于某進口型導(dǎo)彈慣性測量單元的標定系統(tǒng)1年左右，運行穩(wěn)定可靠，提高了慣性測量單元標定設(shè)備的自動化程度，提升了產(chǎn)品可靠性和生產(chǎn)效率，在慣性測量單元標定領(lǐng)域具有推廣價值。

參考文獻

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