論應用虛擬儀器技術的捷聯式航姿系統

摘?要：捷聯慣性導航系統在國內的研究已經經過了一段時間，他的研究、開發和運行都已經形成了自己的特點，例如有很強的實時性要求等，本文主要結合了捷聯式航姿系統研究開發和運行的特點，介紹了應用虛擬儀器技術的先進性，從實際需要出發，介紹了虛擬儀器技術的體系結構是如何實現軟件硬件的完美融合，并且應用虛擬技術設計了一套捷聯式航姿系統。

關鍵詞：虛擬儀器技術;捷聯式航姿系統;捷聯慣導

一、虛擬儀器技術概述

目前我國最為先進的圖形化編程系統是Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，翻譯為中文名稱是實驗室虛擬儀器集成環境，也是目前國內應用最廣泛的圖形編程系統。虛擬儀器最大的特點就是實現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的基礎上，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，這項技術已經在很多產業中得到了非常廣泛的應用，在儀器控制、測試測量工作中都出現了虛擬儀器技術的身影，現在已經成為了測試和測量領域的工業標準。

虛擬儀器技術的一大特點就是效率高，和傳統的編程語言相比，虛擬儀器技術能夠減少很多編程耗費的時間，統計出來的數據是可以節約大約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、質量好，應用越來越廣泛，虛擬儀器技術先進的內置庫和附加的工具箱可以很好的滿足科學、工程和數學計算的需求，應用性很強。

二、在慣導領域應用虛擬儀器技術的意義

慣性航姿系統一個特別突出的優點是完全自主導航，而且這個導航系統的準確度很高，出錯的概率比較小，因此是可信賴的，慣性航姿系統的開發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計調試。在慣性航姿系統中，虛擬儀器技術一直貫徹始終，功能非常強大，性能好，運行速度快，優點非常多。

虛擬儀器在慣性航姿系統中的應用主要過程是：首先虛擬儀器和控制儀器和傳感器現場連接在一起，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實現，測試和分析等工作都可以在一臺微機上實現，而且工作效率很高。

軟件設計過程中，傳統的系統使用的是高級編程語言和DOS操作系統，這兩者的搭配缺點是開發耗費時間長，而且如果想要對系統進行升級或者修改比較困難，對于開發者自身的經驗要求比較高，而虛擬儀器技術一個很大的優點就是解放了開發工作者，開發者主要的精力不再是最底層的開發工作，而是算法的改進以及軟件功能結構的優化，這不但降低了開發者的工作壓力，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，虛擬儀器技術解放了生產力，給行業帶來了一次革命性的變化。

三、捷聯航姿測量系統設計

接下來我們將主要介紹使用了虛擬儀器技術設計出來的捷聯式航姿測量系統中的一種，首先我們介紹一下這個系統所具備的特點：

第一，此系統的設計非常注重工作效率和時間準確性。

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

第三，合理的使用的數字濾波。

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

（一）系統硬件結構

系統的硬件包括有數據接口和臺式的導航計算機，還有圖中沒有展現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。其中臺式的導航計算機主要作用于元件測試、數據分析等工作，而且臺式機的系統功能更加完善;在完成系統開發工作之后，要將軟件移植到PC/104嵌入系統中去，在PC/104和微機的軟硬件體系可以很好的兼容，兩種微機系統的數據接口功能基本一致。這種結構實現了軟件硬件的完美融合，提高了工作效率。

硬件結構主要被分為四個部分：慣性傳感器、數據接口、導航計算機、輸出設備。這四個部分分別負責一定的功能。其中慣性傳感器的作用是感應載體運動時的有關數據，計算出運動數據;數據接口的功能是進行信號轉換等工作;臺式機的主要功能是進行數據收集;顯示器主要是輸出數據，工作人員可以通過顯示器來操作儀器，實現人機交互。

（二）系統功能結構

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不同的面板狀態，初始狀態設定在產品使用說明書上有說明，在使用過程中這些系數可以根據需要進行修改，只要在程序面板上修改相應的標定因數即可，這種設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：首先系統自主校正，校正完畢之后進入航姿計算，大約經過十秒鐘就要重復計算一次，顯示最終的計算結果，然后停止運行。

四、結語

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

參考文獻：

[1]薄江輝.無人機捷聯航姿系統誤差及其補償[J].通訊世界，2018，25（12）：296-297.

[2]朱炎.基于MEMS的捷聯航姿參考系統性能優化設計與開發[D].西京學院，2019.

[3]崔智軍.微型捷聯航姿系統誤差分析與補償[J].儀表技術與傳感器，2018（08）：98-102+117.

[4]趙岳生，鄧正隆，林玉榮.應用虛擬儀器技術的捷聯式航姿系統[J].中國慣性技術學報，2005（02）：54-57.

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