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惯性技术是一种综合性技术,其产品研制难度大,周期长,成本高,长期以来一直制约着我军武器装备作战能效的提高,是急需重点突破的国防关键技术。在研制系统之前建立惯性导航虚拟仿真系统是节约研制成本和缩短开发周期的有效途径,惯性系统虚拟构造及虚拟运行环境为惯性系统的深入研究提供了一种有力工具,对于实际的惯性导航系统的设计和研制起了很好的指导作用。本课题就是在虚拟现实技术的基础上,开发出一套切实可行的惯性导航开发试验平台。
本文首先对惯性导航系统的原理进行了介绍,重点对捷联惯性导航系统的数学模型、导航解算算法和惯性器件(陀螺仪和加速度计)的数学模型进行了算法分析和理论推导。然后,详细叙述了虚拟现实技术的基本特征和定义,在MultiGen Creator基础上对静态实体建模技术、动态实体建模技术和三维海洋地形生成技术进行细致的研究。通过对海洋视景的分析,引入了基于Vega的视景交互技术以及Vega的功能扩展模块(海洋模块),详细介绍了如何在VC++和MFC环境下开发Vega视景仿真应用程序。
本论文针对惯性系统仿真的需要,提出了舰载捷联导航系统虚拟试验平台的总体方案。根据总体方案设计了平台的总体框架,建立基于MFC和Vega开发试验平台。平台的开发涉及到数学建模、虚拟环境构造、对象设计、边缘融合、人机界面设计、通信协议的设计、文件处理等很多软件设计内容。建立的舰载捷联导航系统虚拟试验平台是一个分布式可视化仿真系统,系统主要由惯性器件仿真、导航算法仿真计算机和三维视景仿真计算机两大模块组成,通过局域网互连。惯性器件、导航算法仿真计算机能接收系统传来的初始参数,实时输出惯性器件原始信息,惯性器件能通过人机界面直接选择。并且导航算法计算机能接收虚拟惯性器件的原始信息,进行各种编排和各种算法的导航运算,输出舰船姿态、方位等信息。三维视景仿真计算机包括复杂三维场景绘制,采用图形工作站(Dell Precision T5400)加高性能图形加速卡(NVIDIA Quadro FX3500),生成逼真的大视场三维视景,并能接收惯性器件、导航算法仿真计算机传来的航线设置,根据导航结果自动航行。
平台的开发基于VC++6.0和MFC开发环境,通过采用面向对象的设计方法,遵循软件的开发规范,验证了平台的可行性和有效性,克服了传统平台编程复杂,扩展性差的缺点,使惯性系统的仿真数据通过虚拟环境的临场感很直观地表现出来,能有效的评估捷联导航算法。