本發(fā)明屬于飛行控制仿真領(lǐng)域，具體涉及一種GPS模擬器及其實現(xiàn)方法，用于飛行仿真試驗過程中GPS的模擬。

背景技術(shù)：

GPS(Global Positioning System)是一種通過衛(wèi)星來完成無線電導(dǎo)航和授時系統(tǒng)，它是由美國國防部負(fù)責(zé)研制和開發(fā)的旨在替代子午儀系統(tǒng)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。隨著GPS的發(fā)展，彈上系統(tǒng)已開始廣泛將其加入系統(tǒng)控制中。GPS的信號仿真技術(shù)和信號模擬器越來越多地受到人們的關(guān)注。GPS信號模擬器就是通過模擬產(chǎn)生一定環(huán)境條件下特定參考點上的信號，為實驗系統(tǒng)的研究、用戶端設(shè)備測試和性能評估提供仿真信號源和相應(yīng)的分析工具。常見的GPS衛(wèi)星信號模擬器產(chǎn)生射頻信號，以廣播的形式向外圍空間發(fā)射。這些產(chǎn)品優(yōu)缺點很鮮明，優(yōu)點是信號逼真性好，缺點是計算量大、實時性差。此外，傳統(tǒng)的射頻信號模擬器大多數(shù)是基于硬件的方式實現(xiàn)，只能對已開發(fā)完成的原型系統(tǒng)或產(chǎn)品進(jìn)行測試、硬件信號產(chǎn)生方式?jīng)Q定了其結(jié)構(gòu)和功能的可擴(kuò)展性較差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題和迫切需求，本發(fā)明提供一種GPS模擬器及其實現(xiàn)方法，其目的在于，在地面試驗中模擬GPS信號，方法簡單，擴(kuò)展性好。

一種GPS模擬器的實現(xiàn)方法，該方法具體為：

(1)上位機(jī)在飛行器Simulink模型中加入一個Matlab自帶的m函數(shù)模塊，函數(shù)模塊的輸入為初始經(jīng)緯度、射向角以及當(dāng)前彈道的射程、高度、側(cè)偏，函數(shù)模塊的輸出為實時經(jīng)緯度，并將經(jīng)緯度定義為NI VeriStand輸出；

(2)上位機(jī)將經(jīng)緯度信息轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的0183協(xié)議，并封裝為LabView開發(fā)環(huán)境的自定義組件；

(3)上位機(jī)將自定義組件加入下位機(jī)中的實時仿真系統(tǒng)平臺NI VeriStand中運行，NI VeriStand平臺將自定義組件轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的GPS數(shù)據(jù)，通過硬件口送出。

進(jìn)一步地，所述步驟(2)的具體實現(xiàn)方式為：

第一步：打開Custom Device Template Tool VI；

第二步：創(chuàng)建Send Page以及Receive Page兩個VI，Receive Page用于接收經(jīng)緯度輸出模塊輸出的經(jīng)緯度信息，Send Page用于實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)0183協(xié)議信息的填充；

第三步：自定義配置Main Page，在前面板中加入輸入框，加入串口號，設(shè)置波特率、輸出數(shù)據(jù)格式以及類型、輸出數(shù)據(jù)的間隔時間；

第四步：為自定義組件創(chuàng)建XML文件，該文件在System Explorer中使用以自定義路徑將全局唯一標(biāo)識符GUID關(guān)聯(lián)至VI。

一種GPS模擬器，包括加載于上位機(jī)上的彈道經(jīng)緯度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、0183協(xié)議數(shù)據(jù)生成模塊和組件加載模塊；其中，

彈道經(jīng)緯度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊用于在飛行器Simulink模型中加入一個Matlab自帶的m函數(shù)模塊，函數(shù)模塊的輸入為初始經(jīng)緯度、射向角以及當(dāng)前彈道的射程、高度、側(cè)偏，函數(shù)模塊的輸出為實時經(jīng)緯度，并將經(jīng)緯度定義為NI VeriStand輸出；

0183協(xié)議數(shù)據(jù)生成模塊用于將經(jīng)緯度信息轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的0183協(xié)議，并封裝為LabView開發(fā)環(huán)境的自定義組件；

組件加載模塊用于將自定義組件加入下位機(jī)中的實時仿真系統(tǒng)平臺NI VeriStand中運行，NI VeriStand平臺將自定義組件轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的GPS數(shù)據(jù)，通過硬件口送出。

進(jìn)一步地，所述0183協(xié)議數(shù)據(jù)生成模塊包括：

第一子模塊，用于打開Custom Device Template Tool VI；

第二子模塊，用于創(chuàng)建Send Page以及Receive Page兩個VI，Receive Page用于接收經(jīng)緯度輸出模塊輸出的經(jīng)緯度信息，Send Page用于實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)0183協(xié)議信息的填充；

第三子模塊，用于自定義配置Main Page VI，在前面板中加入輸入框，加入串口號，設(shè)置波特率、輸出數(shù)據(jù)格式及類型、輸出數(shù)據(jù)的間隔時間；

第四子模塊，用于為自定義組件創(chuàng)建XML文件，該文件在System Explorer中使用以自定義路徑將全局唯一標(biāo)識符GUID關(guān)聯(lián)至VI。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，在飛行器控制系統(tǒng)地面仿真測試中，GPS模擬器并不一定要產(chǎn)生射頻信號，只需將飛行器模型仿真中輸出的位置信息轉(zhuǎn)換為GPS的通用協(xié)議即可以實現(xiàn)GPS模擬器的功能，這種方法不僅可以滿足仿真測試的需要，而且大大的縮短了計算量，保證系統(tǒng)的實時性?；谲浖绞降男盘柲M器應(yīng)用靈活，可擴(kuò)展性好。

附圖說明

下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

圖1是本發(fā)明GPS模擬器生成原理圖；

圖2是Simulink模型嵌入式m函數(shù)連接示意圖；

圖3是LabView自定義組件ThreeinOne函數(shù)示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

在飛行器控制系統(tǒng)地面仿真測試中，GPS模擬器并不一定要產(chǎn)生射頻信號，只需將軌道模型仿真中輸出的位置信息轉(zhuǎn)換為GPS的通用協(xié)議即可以實現(xiàn)GPS模擬器的功能，這種方法不僅可以滿足仿真測試的需要，而且大大的縮短了計算量，保證系統(tǒng)的實時性?；谲浖绞降男盘柲M器應(yīng)用靈活，可擴(kuò)展性好。

本發(fā)明實驗使用的平臺為某飛行器仿飛測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用“上下位機(jī)”的結(jié)構(gòu)，上位機(jī)使用Matlab中的Simulink對飛行器系統(tǒng)進(jìn)行建模，下位機(jī)由基于PXI總線的板卡組成，其主要功能為運行Simulink生成的目標(biāo)程序以及數(shù)據(jù)采集和通訊。上下位機(jī)之間通過“以太網(wǎng)”進(jìn)行連接。

參見圖1，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案利用NI公司開發(fā)的實時集成平臺VeriStand實現(xiàn)LabVIEW和Simulink交互式編程。該平臺可利用LabView自定義的用戶界面，交互式地驗證Simulink模型，并輕松地將這些模型配置到實時硬件中運行。

GPS模擬器的實現(xiàn)過程如下：

首先在上位機(jī)飛行器Simulink模型中加入一個Matlab自帶的m函數(shù)模塊。該模塊的功能為計算實時經(jīng)緯度，并將經(jīng)緯度定義為VeriStand輸出。函數(shù)模塊的輸入為初始經(jīng)緯度、射向角(即初始點與目標(biāo)點的連線與正北向的夾角)以及當(dāng)前彈道的x、y、z(依次表示彈道的射程、高度以及側(cè)偏)。其中，初始經(jīng)緯度和射向角信息可由人為設(shè)定，軌道的射程、高度以及側(cè)偏由飛行器模型實時計算得到。

接著設(shè)計一個將經(jīng)緯度信息變成標(biāo)準(zhǔn)0183協(xié)議的自定義組件，NI VeriStand通過基于配置的開發(fā)方法，為創(chuàng)建實時測試應(yīng)用程序提供軟件架構(gòu)，但實際應(yīng)用時有許多功能無法直接通過配置VeriStand來實現(xiàn)，需編寫自定義功能的程序來實現(xiàn)擴(kuò)展功能。按照VeriStand支持的格式來編寫擴(kuò)展功能的程序并加載至VerIStand運行，稱該類程序為自定義設(shè)備組件。使用自定義設(shè)備可將更多的功能添加至NI VeriStand引擎，使用該接口進(jìn)行編程并加載運行，可實現(xiàn)對硬件I/O或自定義功能的支持。

自定義設(shè)備在上位機(jī)使用LabView編寫自定義配置界面，發(fā)布并加載至VeriStand中，可在該類界面中輸入配置參數(shù)，定義運行屬性。當(dāng)軟件部署至下位機(jī)實時系統(tǒng)運行時，下位機(jī)軟件結(jié)合硬件的輸入輸出端口將模型參數(shù)輸出至硬件端口，也可從硬件輸入端口獲取數(shù)據(jù)，發(fā)送至上位機(jī)。

自定義組件有通用的模板可以使用，只需根據(jù)所需功能補充相應(yīng)代碼即可實現(xiàn)。

第一步：打開Custom Device Template Tool VI，更改目標(biāo)文件夾位置和自定義設(shè)備名稱，本例中自定義組件的名稱為ThreeinOne。項目文件庫中將默認(rèn)創(chuàng)建三個VI以方便進(jìn)行開發(fā)，分別為：Main Page、Intialization、RT Driver，根據(jù)需要可對VI進(jìn)行更改。

第二步：創(chuàng)建Send Page以及Receive Page兩個VI，Receive Page用于接收經(jīng)緯度輸出模塊輸出的經(jīng)緯度信息，Send Page用于實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)0183協(xié)議信息的填充。

第三步：自定義配置Main Page。在前面板中加入輸入框，并按照指定的內(nèi)容更改VI的代碼。在本例中體現(xiàn)為加入串口號，設(shè)置波特率，輸出數(shù)據(jù)格式以及類型，輸出數(shù)據(jù)的間隔時間，如圖3界面所示

第四步：創(chuàng)建XML文件。每個自定義設(shè)備都需要一個對應(yīng)的XML文件，默認(rèn)的XML文件是在使用Custom Device Template Tool工具時由程序自動創(chuàng)建的，該文件需要在System Explorer中使用以自定義路徑將GUID關(guān)聯(lián)至VI。GUID由Custom Device Template Tool中的GUID Generator生成自定義的GUID。

這樣就完成了0183協(xié)議自定義組件的編寫，該組件可模擬不同的GPS的情況。如當(dāng)前GPS衛(wèi)星數(shù)為2，則在Send Page頁面的填充中將0183協(xié)議里標(biāo)志衛(wèi)星數(shù)的字節(jié)改為2即可，同理也可以模擬GPS故障，無信號，丟星等各種情況，為飛行軌道仿真中GPS的信號輸出提供了各種形式的模擬。

最后，自定義組件需加入VeriStand平臺進(jìn)行運行。并將該組件的信息與實際的硬件端口關(guān)聯(lián)即可，比如GPS信息的模擬具體由硬件的那個串口輸出。通過VeriStand平臺將Simulink模型輸出的信息，經(jīng)過LabView組件轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的GPS數(shù)據(jù)，通過用戶指定的硬件口送出。達(dá)到根據(jù)實際彈道實時模擬GPS數(shù)據(jù)的目的。

本發(fā)明的主要技術(shù)優(yōu)點如下：a)技術(shù)實現(xiàn)難度不高，無需額外的硬件投入，成本較低；b)技術(shù)通用性高，可根據(jù)實際應(yīng)用場合進(jìn)行協(xié)議以及端口的變化；c)實時性強，可先在Simulink模型中模擬輸出系統(tǒng)運動軌跡，由運動軌跡實時的轉(zhuǎn)換為GPS信號輸出。

圖2為Simulink模型中m函數(shù)的連接示意圖，射程以及側(cè)偏由彈體模型引入，經(jīng)過運算后得到的實時經(jīng)緯度需設(shè)置為VeriStand輸出，否則不能在LabView組件中被調(diào)用。

圖3為m函數(shù)程序流程。圖中jing1為初始經(jīng)度，wei1為初始緯度，jing為實時經(jīng)度，wei為實時緯度，jiajiao為射向角，x為射程，z為側(cè)向偏移。Pi為固定值3.1415926。

在VeriStand中加入自定義組件的界面，可以選擇串口端、波特率、輸出數(shù)據(jù)格式以及時間間隔。

通過上述步驟即可實現(xiàn)GPS模擬器的功能。雖然結(jié)合示圖詳細(xì)描述了本發(fā)明的實施過程，但這并不是本發(fā)明實際使用的唯一方法，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，仍可以對上述實施方式作出修改而不改變本發(fā)明的實質(zhì)和范圍。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。