[发明专利]无人共轴直升机自主导航系统半实物仿真技术装置

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种仿真技术装置，尤其涉及一种无人共轴直升机自主导航系统半实物仿真技术装置，属于无人直升机导航与控制技术领域。

(二)背景技术

半实物，亦称半物理或硬件在回路中(HIL----Hardware-in-the-loop)仿真，在先进无人飞行器的研发中具有重要的工程意义。研究相应的仿真技术和建设相应的仿真环境，是设计开发无人直升机飞行控制/导航系统不可缺少的物质技术手段。

不同于数学仿真，半实物仿真的主要特征是：在飞机大系统中，作为仿真研究主要对象的某些组成部分是飞机中的实际物理装置。这些实物装置可以分别是单独的飞行管理系统、飞行控制系统、导航系统和航空电子系统或它们的组合。

目前无人飞行器半实物仿真中的实物研究对象，主要是飞控系统。研究目的是考核飞机的稳定性和操纵性。主要仿真设备是三轴飞行模拟转台和铁鸟试验台，这些设备极其复杂昂贵。而以真实导航系统(装置)为单一研究对象的半实物仿真技术，至今未见诸于已公开的专利或文献。

(三)发明内容

本发明的目的是提供一种无人共轴直升机自主导航系统半实物仿真技术装置，该装置克服了现有技术的不足，它是采用了基于普通PC计算机的实时仿真技术，因而所创建的半实物仿真环境结构简单、成本低、效益好。而不象现有的某些实时仿真系统那样，需要配置高性能的仿真计算机、复杂的实时操作系统、专门的仿真工具软件以及大型的仿真试验设备。

本发明具有下列功能：(a)创建导航系统开发环境，(b)验证导航系统功能/性能，(c)检验导航计算机接口与交联关系，(d)暴露和诊断计算机故障，(e)考核和评估计算机产品。

本发明的技术方案是这样实现的：一种无人共轴直升机自主导航系统半实物仿真技术装置，它由机载导航计算机1，导航分线盒2，导航控制显示器3，和导航仿真器4，共四个部分组成。其中，机载导航计算机1通过导航分线盒2与导航仿真器4交联，以形成无人直升机自主导航仿真回路；同时，机载导航计算机1通过导航分线盒2也与导航控制显示器3交联，以实现对机载导航计算机1的控制与测试。

本发明中的仿真研究对象——机载导航计算机1，具有PC/104嵌入式工业个人计算机体系结构。其特点是：紧凑的栈接结构、外围模块丰富、组态灵活、功耗低、可靠性较高，又因与通用PC/AT兼容，易于开发。该导航计算机由6块模板组成：CPU板(CM/P5e)、显示板(mm/VFP)、模拟I/O板(MM32)、串口通信板(HXL-10423)、计数器板(MM-10)和电源板(MM-512-V512)。

机载导航计算机具有“地面测试”和“实时导航”两种工作模式。在地面测试模式中，可响应来自外部“导航控制显示器”3的控制，实现下列操作：(a)机载导航计算机自测试，(b)导航装置在线测试，(c)横/航向操纵仿真，(d)装订飞行航线数据，(e)遥控命令接收测试，(f)导航飞行仿真，(g)航后下载飞行记录数据。“地面测试”模式结束后，程序自动进入“实时导航”模式。实时导航是一个定时周期250ms的无限循环进程，在每个导航周期中程序执行如下功能：(a)大气数据和磁航向信号采集，(b)GPS/INS定位数据处理，(c)遥控命令处理，(d)航线管理/导航计算，(e)横/航向操纵信号输出，(f)飞行/故障状态监测与记录。

来自导航仿真器4的模拟输入信号(航向正弦/余弦、俯仰角、真空速)经导航分线盒2，被送入机载导航计算机1中模拟I/O板的A/D各通道；而该板上的两个D/A通道输出横/航向操纵指令信号，其经导航分线盒2被送至导航仿真器4。来自导航仿真器4的GPS/INS定位数据和遥控命令数据，经导航分线盒2分别被送入机载导航计算机1中串行数据通信板上的两个RS422串口。导航控制显示器3，经导航分线盒2与机载导航计算机1的串行数据通是通过CPU主板上的RS232串口实现的。

本发明的核心装置是导航仿真器。其硬件为一台PC计算机(操作系统Windows XP，ISA总线插槽3个，显示器分辨率800×600以上)，其中配置有A/D模拟输入卡(PC-6360)，D/A模拟输出卡(KH-9211)以及串行数据通信卡(CI-132)各一块。仿真应用程序为C⁺⁺6.0面向对象的模块化结构。

导航仿真器，具有4种工作模式：(a)初始测试，(b)任务设计，(c)飞行仿真，(d)事后处理。点击显示器屏幕上的功能键可选择进入相应的工作模式的界面。