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半实物仿真用导航卫星信号模拟器研究

作　者: 王晓倩
导　师: 焦国太；耿生群
学　校: 中北大学
专　业: 机械工程
关键词: 半实物仿真 PCI VMIC 远程控制 DMA 可视化
分类号: V416.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 8次
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内容摘要

随着全球卫星导航技术的发展，由导航卫星信号模拟器、卫星导航接收机、控制器件以及仿真机等组成的实时半实物仿真系统成为研究的热点技术之一。特别是在航空航天领域中，载体（箭载等）都具有大范围、高动态运动的特点，必须借助于卫星模拟器在试验室环境下完成考核卫星接收机性能的工作。同时，受卫星信号模拟器硬件条件限制，需要一定的数据处理时间，半实物仿真系统的实时性成为亟待解决的难点之一。论文基于半实物仿真对卫星信号模拟器系统的设计展开了研究，主要工作和贡献如下：1.分析了半实物仿真中的使用原理及使用需求，提出了基于半实物仿真思想的模拟器远程控制系统方案。该方案由仿真计算机、卫星信号模拟器、卫星信号接收机等设备组成。同时也设计了本地模式下的模拟器工作方案，此方案较为简单但具有较高的使用性。2.研究了远程控制系统中的接口技术。在充分比较各种接口后，权衡复杂性、硬件开销性及数据处理实时性等几方面因素后，提出并设计了一种基于PCI接口的光纤反射内存卡VMIC通信方法。基于Microsoft Visual Studio2008（VS2008）开发环境，该通信方法完成了PCI、光纤反射内存卡的软件驱动配置及使用的二次开发，并且利用DMA中断解决了仿真步长为20ms的数据传输问题。3.研究了系统仿真控制软件技术，提出了面向对象、模块化的设计思想。通过为对象创建对话框类、多文档类以及其它类后，进一步实现了对软件的设计和开发。该软件不仅完成了载体（导弹）的运动模型建立、模型解算及轨迹传输，还可以仿真载体运动轨迹，仿真卫星星座，达到星座模型及载体运动模型的可视化。4.搭建了非实时任务（本地模式）和实时任务（远程控制模式）下的模拟器仿真试验平台，完成了商业接收机的定位工作。根据接收机与模拟源保存的数据，运用MATLAB作图分析，最后得出载体运动模型具有正确性，系统仿真控制软件具有实时性及可靠性的结论。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
1 绪论  11-19
  1.1 引言  11
  1.2 研究背景及国内外研究现状  11-16
    1.2.1 模拟器现状  11-14
    1.2.2 半实物仿真现状  14-15
    1.2.3 半实物仿真结合模拟器的研究现状  15-16
  1.3 研究目的与意义  16-17
  1.4 本文的主要研究内容  17-19
2 系统方案的整体设计  19-29
  2.1 系统整体结构设计  19-24
    2.1.1 仿真计算机  20-21
    2.1.2 卫星信号模拟器  21-23
    2.1.3 卫星信号接收机  23-24
  2.2 系统实现方案  24-25
  2.3 系统关键技术  25-28
    2.3.1 系统远程控制接口技术  25-26
    2.3.2 系统仿真控制软件技术  26-28
  2.4 本章小结  28-29
3 系统远程控制接口设计  29-47
  3.1 系统模块间信息流向  29
  3.2 实时网络传输技术实现——反射内存网  29-34
    3.2.1 反射内存网简介  29-30
    3.2.2 VMIPCI-5565 反射内存卡结构与特点  30-32
    3.2.3 VMIPCI-5565 驱动方法  32-33
    3.2.4 VMIPCI-5565 驱动程序开发  33-34
  3.3 实时网络传输技术实现——PCI 总线  34-41
    3.3.1 PLX-PCI9054 的结构和特点  34-35
    3.3.2 PLX-PCI9054 内部寄存器  35-36
    3.3.3 PLX-PCI9054 接口芯片工作方式  36-37
    3.3.4 PLX-PCI9054 数据传输模式  37-39
    3.3.5 PCI9054 驱动程序开发工具选择  39-40
    3.3.6 PCI9054 驱动程序开发  40-41
  3.4 数据采集卡应用程序实现  41-46
    3.4.1 数据传输过程  41-45
    3.4.2 数据传输同步性  45-46
  3.5 本章小结  46-47
4 系统仿真控制软件设计  47-78
  4.1 设计思想与设计原则  47-48
  4.2 仿真软件工作原理分析  48-49
  4.3 坐标系统及其转换  49-53
    4.3.1 WGS-84 坐标系  49-50
    4.3.2 大地坐标系  50
    4.3.3 地面直角坐标系  50-51
    4.3.4 WGS-84 坐标系与大地坐标系的转换  51-52
    4.3.5 地面直角坐标系与大地坐标系的转换  52-53
  4.4 导弹运动模型控制模块  53-61
    4.4.1 模块设计方案  53-56
    4.4.2 软件实现  56-61
  4.5 模拟器工作场景参数编辑模块  61-65
    4.5.1 模块设计方案  61-62
    4.5.2 软件实现  62-65
  4.6 模拟器仿真界面模块  65-77
    4.6.1 模块设计方案  65
    4.6.2 模块工作过程  65-66
    4.6.3 软件实现  66-77
  4.7 本章小结  77-78
5 系统试验分析  78-88
  5.1 远程控制模式场景  78-82
  5.2 本地模式场景  82-87
    5.2.1 静态测试  83-85
    5.2.2 动态测试  85-87
  5.3 本章小结  87-88
6 结论  88-90
参考文献  90-94
攻读硕士学位期间取得的学术成果  94-95
致谢  95-96

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