基于MFC和Vega的導(dǎo)航仿真系統(tǒng)
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(2)陀螺儀模型的理想輸出量。理想角速率陀螺儀測(cè)量的是艦體坐標(biāo)系(b系)相對(duì)于慣性坐標(biāo)系(i系)的轉(zhuǎn)動(dòng)角速率在艦體坐標(biāo)系中的投影ωbib。從軌跡數(shù)據(jù)中，可以得到艦體坐標(biāo)系相對(duì)于地理坐標(biāo)系(t系)的轉(zhuǎn)動(dòng)角速率在艦體坐標(biāo)系中的投影ωbtb。通過(guò)軌跡數(shù)據(jù)中的水平速度、緯度、高度可以計(jì)算出地理坐標(biāo)系相對(duì)于慣性坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)動(dòng)角速率在地理坐標(biāo)系中投影ωtit：通過(guò)姿態(tài)角可以算出地理坐標(biāo)系到艦體坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換矩陣cbt；ωtit乘轉(zhuǎn)換矩陣cbt即可得到式ωbit，然后，將ωbit與ωbtb相加，就可以得到陀螺儀模型的理想輸出ωbib。
(3)陀螺儀仿真器的數(shù)學(xué)模型。陀螺儀是敏感載體角運(yùn)動(dòng)的元件，由于陀螺儀本身存在誤差，因此陀螺儀的輸出為：
式中，εb為陀螺儀元件的誤差。
4．3 加速度計(jì)仿真器數(shù)學(xué)模型
(1)加速度計(jì)模型的輸入量。加速度計(jì)模型所需的輸入量也是取自海浪軌跡數(shù)據(jù)，具體為：東向速度vtx、北向速度vty、垂直速度vtz、東向加速度αtx、北向加速度αty、垂直加速度αty、航向角ψ、俯仰角θ、橫滾角γ，當(dāng)?shù)鼐暥圈?，?dāng)?shù)馗叨萮。
(2)加速度計(jì)模型的理想輸出量。加速度計(jì)感測(cè)的量是比力?？梢杂孟旅娴氖阶觼?lái)解釋加速度計(jì)所感測(cè)的比力與載體相對(duì)地球加速度之間的關(guān)系：本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/192076.htm
式中，
為相對(duì)于地球速度在測(cè)量坐標(biāo)系中的變化率；ωepv載體相對(duì)于地球轉(zhuǎn)動(dòng)所引起的向心加速度；2ωiev載體相對(duì)于地球速度與地球自轉(zhuǎn)角速度的相互影響而形成的哥氏加速度；g為地球重力加速度。式中，中的v可以從海浪軌跡數(shù)據(jù)中獲得。ωep，ωie以通過(guò)海浪軌跡數(shù)據(jù)的水平中速度、緯度、高度算出，由上式可算出是地理坐標(biāo)系下的比力ft。通過(guò)姿態(tài)角可以算出從地理坐標(biāo)系到艦體坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換矩陣cbt，ft乘上轉(zhuǎn)換矩陣得到艦體坐標(biāo)系下的比力ft，ft就捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)中加速度計(jì)模型的理想輸出。
(3)加速度計(jì)仿真器的模型。加速度計(jì)是敏感載體線運(yùn)動(dòng)的元件。由于加速度計(jì)本身存在誤差，因此加速度計(jì)的輸出為：
式中，fb為加速度計(jì)實(shí)際測(cè)得的比力
為加速度計(jì)的誤差。
5 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)
在三維視景仿真中，坐標(biāo)系是建立算法和三維顯示的基礎(chǔ)，因此，需要首先將不同設(shè)備的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成一致的坐標(biāo)系。在仿真中，主要涉及到兩種坐標(biāo)系，一是空間大地直角坐標(biāo)；二是WGS84坐標(biāo)(地心坐標(biāo))。
6 艦載海上仿真系統(tǒng)開(kāi)發(fā)
船艦的實(shí)時(shí)位置信息由地理緯度、經(jīng)度和海拔高度來(lái)確定，采用的是WGS84坐標(biāo)(地心坐標(biāo))。在建立船艦仿真模型時(shí)，需要空間大地直角坐標(biāo)。因此，在進(jìn)行計(jì)算前，需要進(jìn)行必要的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，由地心坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為空間大地直角坐標(biāo)。
圖4是作者開(kāi)發(fā)的艦載捷聯(lián)慣導(dǎo)仿真系統(tǒng)的主界面，該系統(tǒng)主要模擬艦載海上慣導(dǎo)仿真，同時(shí)將陀螺和加速度器的仿真模型，慣性導(dǎo)航算法和虛擬現(xiàn)實(shí)模型有機(jī)結(jié)合。
由于主循環(huán)每循環(huán)1次虛擬場(chǎng)景就刷新1幀，因此在Vega主循環(huán)每循環(huán)1次時(shí)，首先讀取位置信息，完成坐標(biāo)轉(zhuǎn)換；然后完成1次陀螺和加速度數(shù)學(xué)模型的計(jì)算，通過(guò)導(dǎo)航算法的處理，得到緯度、經(jīng)度、高度和姿態(tài)信息；最后在通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到平面坐標(biāo)系，控制艦船的姿態(tài)和運(yùn)行。
該系統(tǒng)是基于MFc開(kāi)發(fā)的，所以大大降低了編碼所用的時(shí)間，加速了開(kāi)發(fā)效率。由于很好地將Ve―ga的功能嵌入到單文檔應(yīng)用程序框架中，充分發(fā)揮了Vega的強(qiáng)大的視景驅(qū)動(dòng)能力。
7 結(jié) 語(yǔ)
給出Microsoft Visual C++6．0和Vega的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)；開(kāi)發(fā)了艦載海上航行仿真系統(tǒng)。該系統(tǒng)使設(shè)計(jì)人員可以直觀地觀察航行過(guò)程和姿態(tài)，對(duì)于分析陀螺和加速度計(jì)模型的設(shè)計(jì)是否合理，尤其在導(dǎo)航系統(tǒng)算法開(kāi)發(fā)的初步階段具有非常有用的價(jià)值。同時(shí)對(duì)基于Microsoft Visual C++6．O和Vega的虛擬現(xiàn)實(shí)開(kāi)發(fā)者也有很好的借鑒作用。
評(píng)論