一种船舶姿态信号的模拟方法与流程

本发明是一种船舶姿态信号的模拟方法，特别是用于船用武器装备在陆地上的测量。

背景技术：

船舶的平台罗经系统是一套高精度的船舶惯性导航系统，为船舶提供船舶姿态信息，包括横摇、纵摇、航向和航速信息。在船舶装备研制、生产、调试和试验过程中，或船舶不航行的状态下，通常需要一套能够模拟平台罗经输出信号，为装备在试验室或地面条件下的调试和试验验证提供相应的手段。目前通常采用软件模拟验证的方法，尚不存在能够完整模拟船舶的平台罗经系统提供船舶姿态信号，进行完整系统验证试验的模拟方法。

技术实现要素：

本发明的目的是发明一种船舶姿态信号模拟方法，能够模拟船舶平台罗经系统，输出船舶纵摇、横摇、航向、航速信号，为船舶武器装备提供在试验室或地面以及在船舶不航行的条件下，进行调试和试验验证提供相应的手段。

一种船舶姿态信号的模拟方法，其特征在于，包括下列步骤：

步骤一：将姿态要求输入嵌入式计算机，嵌入式计算机将姿态要求进行分解，分别得出横摇、纵摇、航向、航速连续数据模拟信息，嵌入式计算机将得出的横摇、纵摇、航向、航速模拟信息分四个通道传输至现场可编程器件—FPGA；

步骤二：嵌入式计算机同步通过RS485接口输出连续数字姿态信息；如待测武器装备的伺服系统需输入数字姿态信息，将RS485接口与该待测武器装备的伺服系统的信息输入端口连接，即得到船舶平台罗经系统的模拟；

如待测武器装备的伺服系统需要输入模拟姿态信息，转入步骤三；

步骤三：将FPGA的输出引脚分为4组，每组连接到一个数字自整角机转换器—DSC上；每个DSC都与激磁电源连接；FPGA按照30—200次/秒的更新频率接收到嵌入式计算机的横摇、纵摇通道的波形数据和航向、航速数据后，同时通过控制FPGA四组引脚的电平高低，从而控制DSC输出所需的横摇、纵 摇、航向、航速信息；连续变化的电平信号控制DSC连续输出变化的横摇、纵摇、航向、航速信息，将DSC连续输出变化的横摇、纵摇、航向、航速的模拟姿态信息连续输入到待测武器装备的伺服系统，即得到船舶平台罗经系统的模拟。

有益效果

本发明能够提供完整船舶姿态模拟信号，实现了对船用设备在陆地上的检测，使许多船用设备不必上船进行实验，节省了大量时间、资金和人力。

本发明已经应用到实际项目中，实现了与雷达的试验室纵横摇测试。本发明已经完成了陆上联调试验的充分验证，其发明具备了船舶平台罗经(船舶姿态)全部输出能力，能够为船载雷达、声纳、光电等多种装备测试提供完整船舶姿态模拟信号，为装备的调试及测试验证提供了有效手段，能够大量应用于AA船舶或装备科研、生产、修理单位。

附图说明

图1、为本发明信号传输路线图；

图2、为本发明信息生成过程图。

具体实施方式

一种船舶姿态信号的模拟方法，其特征在于，包括下列步骤：

步骤一：将姿态要求输入嵌入式计算机，嵌入式计算机将姿态要求进行分解，分别得出横摇、纵摇、航向、航速连续数据模拟信息，嵌入式计算机将得出的横摇、纵摇、航向、航速模拟信息分四个通道传输至现场可编程器件—FPGA；

步骤二：嵌入式计算机同步通过RS485接口输出连续数字姿态信息；如待测武器装备的伺服系统需输入数字姿态信息，将RS485接口与该待测武器装备的伺服系统的信息输入端口连接，即得到船舶平台罗经系统的模拟；

如待测武器装备的伺服系统需要输入模拟姿态信息，转入步骤三；

步骤三：将FPGA的输出引脚分为4组，每组连接到一个数字自整角机转换器—DSC上；每个DSC都与激磁电源连接；FPGA按照30—200次/秒的更新频率接收到嵌入式计算机的横摇、纵摇通道的波形数据和航向、航速数据后， 同时通过控制FPGA四组引脚的电平高低，从而控制DSC输出所需的横摇、纵摇、航向、航速信息；连续变化的电平信号控制DSC连续输出变化的横摇、纵摇、航向、航速信息，将DSC连续输出变化的横摇、纵摇、航向、航速的模拟姿态信息连续输入到待测武器装备的伺服系统，即得到船舶平台罗经系统的模拟。

嵌入式计算机通过以太网或RS232与上位机相连，接收来自上位机的控制指令，经过解析后，通过高速接口，实时控制FPGA输出DSC控制信号。

FPGA将嵌入式计算机的实时控制信号转换为数字IO信号，分别控制纵摇发送单元、横摇发送单元、航向发送单元、航速单元DSC输出模拟角度信息，FPGA还可输出航速脉冲信号。

船舶姿态模拟数字信号通过嵌入式计算机RS485输出，通信协议可编程。

激磁电源为AA船舶导航标准，信号/激磁：90V/115V，频率400Hz，为DSC模块提供激磁信号。

纵摇发送单元、横摇发送单元和航向发送单元均采用单通道/粗精双通道两种工作模式设计，能够满足所有船舶设备姿态模拟信号需求。

本发明的关键点

本发明的关键点一是能够同时实现船舶纵摇、横摇、航向和航速等船舶姿态信号模拟的模拟。

发明的关键点二是纵摇发送单元、横摇发送单元和航向发送单元均采用单通道/粗精双通道两种工作模式设计，可编程控制。

本发明的关键点三是在输出模拟信号的同时，可同步输出相同的数字姿态模拟信号。

技术方案

本发明采用嵌入式计算机、大规模可编程器件为控制核心，采用固态DSC(数字/同步机转换)模块发送模拟信号，能根据需要仿真阶跃、正弦、递增等多种运动姿态，信号源接口多样，基本覆盖了现役船舶船载电子设备的接口形式。

根据AA船舶导航标准，船舶姿态信号特性一般采用自整角机，信号/激磁： 90V/115V，频率400Hz。

DSC轴角转换模块是计算机和控制系统进行转换的理想接口电路。所谓DSC，即Digital Synchro Converte，采用DSC模块可以方便的将计算机形成的仿真数字姿态信号转换为模拟自整角机信号，实现船舶姿态信号的仿真功能。

如图2所示，上位机通过RS232或以太网将所需模拟的船舶姿态(包括横摇、纵摇的角度和周期，航向和航速)要求信息传输至嵌入式计算机中。

嵌入式计算机对输入的姿态要求进行分解，分别得出横摇、纵摇、航向、航速要求，再按照每个通道的要求，按照100次/秒的采样率，分别计算出横摇、纵摇通道的波形数据和航向、航速数据，并通过高速总线，将上述姿态信息连续传输至现场可编程器件(FPGA)。嵌入式计算机通过RS485接口，同步输出连续数字姿态信息。

将FPGA的输出引脚分为4组，每组连接到一组数字/自整角机转换器(DSC)。FPGA接收到嵌入式计算机的横摇、纵摇通道的波形数据和航向、航速数据后，按照100次/秒的更新频率，同时控制FPGA四组引脚的电平高低，从而控制DSC输出所需的横摇、纵摇、航向、航速信息。连续变化的电平信号控制DSC连续输出变化的横摇、纵摇、航向、航速信息，实现了船舶平台罗经系统的模拟。

本发明采用了高精度轴角转换技术实现任意速比(1：K)的双通道数据分离与组合，运用小型化固态数模和模数器件实现高精度、高可靠转换。