基于Autoface的捷联惯导显控系统设计

丁焕玉，汤建勋，王 宇

（国防科技大学 光电学院，湖南 长沙 410073）

随着科学技术的飞速发展，惯性导航技术广泛应用于军事领域，能够精确制导武器、飞机、航空器等。早期的惯导系统采用机械平台式，后来逐步被捷联惯导系统（SINS）所取代[1-2]。现代的高科技战争要求武器系统反应灵敏、操作简单、可靠性高，催生了触摸屏武器控制系统的诞生，如美军的单兵触摸式GPS导航仪、德军的触摸式火炮瞄准系统等。我国的捷联惯导系统起步较晚，但由于国内相关器件（如：激光陀螺、加速度计）的制造技术相继成熟，我国的捷联惯导技术也得到快速发展，并取得一定成就[3-4]。这里针对文献[5]中激光陀螺捷联惯导系统的实际情况，设计了激光陀螺捷联惯导系统的显控部分，其中显示器采用VT5057L型单色触摸屏。

1 捷联惯导显控系统结构

捷联惯导显控系统由导航触摸显示器和导航数据处理计算机组成。导航触摸显示器是整个导航系统中重要组成部分之一，它向整个导航系统输入命令控制整个导航系统工作，同时接收解算后的实际导航参数并将其进行显示，根据这些参数判断整个导航系统是否运转正常，因此，该显控系统是操作人员了解导航系统的重要窗口。

该惯导系统采用PC104作为导航数据处理计算机，它在接收到初始参数后进行校验，然后将初始参数传入主体导航系统；同时对主体导航系统传送来的原始参数进行解算得出最后的导航参数并传给导航触摸显示器。其软件部分采用Microsoft Visual C++编写，以便于兼容Win98/2000/XP系统。

导航触摸显示器与导航数据处理计算机采用RS-232串口实现双向通信，波特率选用115 200。整个显示控制系统结构框图如图1所示。

图1 捷联惯导显控系统结构框图

2 捷联惯导显控系统设计

2.1 硬件电路设计

导航触摸显示器由VT5057L型单色触摸屏和24 V直流电流源组成，VT5057L提供1个RS-232串口可与PC104连接。VT5057L触摸屏的接收和发送均是针对4字节32位浮点数而言，该触摸屏有2种显示模式：1）将所需要数据全部填满缓冲区后才显示；2）不必全部填满缓冲区，只要对应地址有数据便显示；由于通讯的实时性这里选用后者。

导航数据处理计算机由嵌入式PC104模块和接口板组成。PC104模块提供1条ISA总线，接口板完成激光陀螺和加速度计信号转换，通过这条总线与PC104模块间进行数据传送。激光陀螺输出2路相差为90°的方波信号，加速度计输出成比例的电流信号，二者均需要鉴相解调后才能使用。这里采用I/F变换将加表的电流信号转变成脉冲信号，再使用8254对脉冲信号计数得到数字信号，此外由于导航软件的执行频率较高，因此接口板上还需附加了1个8254定时器作为外部定时器。该系统接口板采用HCTL2020器件完成以上工作，该器件内部集成有4倍频的解码电路、16位计数器和滤波器，其内置滤波器能够有效降低噪声，图2为捷联惯导显控系统导航计算机框图。

图2 捷联惯导显控系统导航计算机框图

接口板负责与主体导航系统连接获得原始数据[3]，PC104模块负责接收触摸屏传送过来的初始参数，并经过校验后传送至主体导航系统，主体导航系统工作后把导航原始参数传至PC104，这时它对传来的参数进行解算，经过误差补偿修正后将其传送给VT5057L。二者的通信协议如下：串口，COM1；波特率，115 200； 校验位，NONE；数据位，8；停止位，1。

2.2 导航显示器软件设计

导航显示器的软件设计采用Autoface[6]编写，这款软件是模仿Microsoft Visual C++模式编写的，内部嵌入很多功能化模块，程序员通过编写模块的宏命令实现相应功能。当触摸该屏幕的表面模块时，触摸屏将自动执行对应的宏命令。宏命令之间有优先级之分，通过设定优先级控制命令执行的先后顺序。导航显示器的软件系统负责对主体系统发送工作命令，发送阶段流程如图3所示。图4为导航显示器的实际发送界面。

图3 导航显示器发送流程

图4 导航显示器发送界面

由于VT5057L的内存较大并且内部有单独的CPU，所以该软件可以实时显示PC104传送过来的数据，几乎没有延迟。当实际工作环境恶劣或串口传输过程中会产生误码，所以在初始阶段加上了特殊字段校验和校验和，在传输时传送2遍，在PC104软件部分进行相应的校验，以保证通信正确。发送宏命令代码如下：

主体导航系统接收到工作命令后会正常工作，同时传输原始的导航参数，这时PC104接收这些导航参数并进行参数解算，解算后将实际参数传给VT5057L，触摸屏的显示阶段流程如图5所示。图6为导航显示器实际接收的导航结果。

图5 导航显示器接收流程

图6 导航显示器接收界面

为了消除环节因素以及通信误码对PC104和VT5057L之间的传输产生影响，增加了校验功能，显示阶段宏命令代码如下：

导航数据处理计算机的软件采用VC++编写，在DOS下使用TC3.1调试。由于实际的战场环境可能变化无常，整个系统的数据通信量又非常大，主体导航系统和显控系统都可能出现各种问题从而导致数据传输出错；为了防止此类事情的发生，在导航计算机内部也增加了数据校验环节，发送函数代码如下：

3 结论

本文设计了一种基于触摸屏和PC104的显控系统，给出了PC104计算模块的框架结构和触摸屏及导航计算机软件编写流程，二者通过RS-232串口双向通信，经过4 000小时不间断测试，数据显示依然正常。该显控系统体积小、重量轻、可靠性高，可应用于海军舰艇惯导系统。

[1]张树侠，张静.捷联惯性导航系统[M].北京：国防工业出版社，1992.

[2]高伯龙，李树棠.激光陀螺[M].长沙：国防科技大学出版社，1984.

[3]王宇.机抖激光陀螺捷联惯导系统的初步探索[D].长沙：国防科学技术大学，2005.

[4]汤建勋.机械抖动激光陀螺抖动偏频系统的研究与设计[D].长沙：国防科学技术大学，2000.

[5]王宇，汤建勋.激光陀螺捷联惯导计算机系统的设计[J].计算机工程， 2006，32（18）：273-274.

[6]刘刚.AUTOFACE简易软件操作手册V1.2[Z].深圳市创为新自动化科技有限公司，2007.