弹载惯性测量单元修正常数转换软件的设计与实现

张俊升 胡艳娜 王婷婷 史广飞 宁振峰 付晓

摘要：设计开发了某进口型弹载惯性测量单元修正常数转换软件，软件根据标定试验数据能够一键计算出64个修正常数。经实验证明，该软件功能完备、简洁易用，解决了修正常数计算过程复杂、技术门槛高、耗费时间长及结果易出错等问题，大大提升了修正常数的计算效率，提高了数据可靠性，具有一定的推广意义。

关键词：空空导弹；标定；惯性测量；修正常数

中图分类号：TP319文献标志码：A文章编号：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

惯性测量单元是导弹飞行控制舱的重要组成部分，在导弹飞行过程中实时测量导弹加速度和旋转角速度，配合导弹完成飞行过程中的俯仰、横滚和偏航[1]，是导弹命中目标的重要保障。某进口型导弹惯性测量单元采用捷联惯导系统，由3个陀螺、3个加速度计和相关电路组成，由于陀螺和加速度计的加工精度、温度漂移及工作环境等因素影响，陀螺和加速度计会产生零偏误差和刻度系数误差。同时由于惯性测量单元的安装精度，陀螺和加速度计还会产生安装误差。为提高导航精度，减小弹体加速度和旋转角速度的测量误差，弹载惯性测量单元在使用前必须进行各项误差参数的标定补偿[2]。

惯性测量单元的标定实质是一个校准的过程[3]，一般是利用转动平台使惯性测量单元在不同位置、不同温度条件下进行特定的动态或静态的运动，获得大量的实验参数，最后按照建立的系统误差模型，计算出修正常数，完成惯性测量单元的标定。

1标定原理

某进口型导弹惯性测量单元采用了平台式连续翻滚自标定的方法进行地面标定[4]，标定时把惯性测量单元固定在精密转台上，采用六位置翻转法对惯性测量单元进行标定，分别如图1和图2所示。

通过旋转平台采集惯性测量单元在5个不同温度、6个不同位置和12个不同速率下的试验数据，生成标定试验的相关数据文件（CNT文件）。利用CNT文件，按照惯性测量单元标定的系统误差模型计算出最终的修正常数，把修正常数写入到惯性测量单元的相关存储芯片中，供飞控计算机调用，修正陀螺和加速度计的零偏误差、刻度系数误差及安装误差，提高导弹在惯性制导段、末制导段的制导精度。

2存在的问题及解决思路

通用标定系统按照误差数学模型对惯性测量单元进行标定試验，计算出修正常数，通过误差补偿的方法提升惯性测量单元的测量精度，提高导弹导航精度，降低脱靶率。通用标定系统对惯性测量单元进行标定试验，输出标定试验的相关数据文件后，需要从CNT文件的大量数据中提炼有用数据信息，通过建立的误差数学模型进行复杂计算和转换，得到64个修正常数。

误差数学模型就是把各项误差分别用一个误差系数表示，运用数学表达式的形式表示惯性测量单元的误差、输入与输出的关系。惯性测量单元陀螺和加速度计的误差组成有很多，而且会由于工作环境不同而产生不同误差项，在对陀螺和加速度计进行误差建模时，只考虑主要的误差项，忽视高阶的微小噪声误差。

按照误差数学模型进行修正常数计算时，计算过程复杂、耗费时间长，需反复计算核对，且由于人工计算疲劳等因素，计算结果易出错，可靠性差、效率低。为解决人工计算的缺点，实现修正常数的自动计算转换，本文利用VC++ 6.0设计开发惯性测量单元修正常数转换软件，输入CNT文件和惯性测量单元编号后，软件自动按照误差数学模型一键计算转换出64个修正常数文件，并以TXT文件保存到工控机中。该方法可以大幅提高计算效率，避免了人工计算结果易出错的情况，大大提高了修正常数的可靠性，保证了产品质量，提高了生产效率。

3修正常数软件设计

修正常数转换软件开发主要包括界面设计和核心代码编写，界面设计部分利用VC++ 6.0的MFC类库设计完成，核心代码编写部分主要包括CNT文件数据的读取、计算转换和TXT文件保存3部分。

3.1软件设计

修正常数转换软件首先需要输入CNT文件，然后对CNT文件数据的完整性进行检查，若包含了5个不同温度、6个不同位置、12个不同速率下的试验数据，进行64个修正常数的计算并保存；若数据不全，则保存时提示CNT文件数据不足，重新输入CNT文件；若数据超差，则提示CNT文件数据超差，重新输入CNT文件，软件流程如图3所示。

修正常数转换软件界面设计如图4所示，包含输入文档、输入编号、保存文件、退出使用说明与注意事项5部分。通过浏览文件按钮可以选择要输入的CNT文件，输入编号后，点击保存文件即可完成修正常数的转换计算和转换后TXT文件的保存。转换完成后，点击退出即可退出修正常数转换软件，使用说明对修正常数转换软件的使用方法进行了简洁明了的说明，注意事项对软件每次打开只能转换1个CNT文件进行了说明。

3.2编码实现

代码编写是本开发的核心内容，主要包括CNT文件的导入读取、计算转换和TXT文件保存3部分。CNT文件读取利用Fget（ ）函数[5]，从文件结构体指针Stream中读取数据，每次读取一行，根据行列位置识别出CNT文件中的具体数据参数；计算转换部分是利用其标定试验数据，按照惯性测量单元误差数学模型，经拟合运算、微分积分等复杂运算得到64个修正常数。计算完成后，64个修正常数以TXT文件的方式保存，先建立一个以编号为名称的TXT文件，然后利用outfile. open（ ）函数打开TXT文件[5]，利用message.append（ ）函数把计算好的64个修正常数按照8行8列的排列要求依次写入到TXT文件中并保存，最后通过编译生成exe可执行文件。

4实验验证

实验主要是验证软件功能是否正常，是否能够正确地把CNT文件转换为修正常数。首先根据惯性测量单元CNT文件，手动计算修正常数，然后利用修正常数转换软件对惯性测量单元的CNT文件进行转换，得到64个修正常数的TXT文件，经大量实验对比，手动计算结果与软件转换结果完全一致，软件功能完备，运行正常。转换得到的64个修正常数如图5所示。

5结束语

惯性测量单元修正常数转换软件可以一键计算出64个修正常数，并以TXT文件保存到上位机中，功能完备、简洁易用，解决了计算过程复杂、技术门槛高、耗费时间长、计算结果需反复核对及易出错等问题。该软件已应用于某进口型导弹惯性测量单元的标定系统1年左右，运行稳定可靠，提高了惯性测量单元标定设备的自动化程度，提升了产品可靠性和生产效率，在惯性测量单元标定领域具有推广价值。

参考文献

[1]李涧青.远程空空导弹复合制导与控制问题研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2014.

[2]白晓东，刘代军，张蓬蓬.空空导弹：Air-to-Air Missile[M].北京：国防工业出版社，2014.

[3]韦宗喜.微惯性测量单元标定技术及误差补偿研究[D].吉林：中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所），2015.

[4]钱伟行.捷联惯导与组合導航系统高精度初始对准技术研究[D].南京：南京航空航天大学，2010.

[5]李久进.MFC深入浅出：从MFC设计到MFC编程[M].北京：华中理工大学出版社，1999.