基于MFC和Vega的導航仿真系統(tǒng)
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(2)陀螺儀模型的理想輸出量。理想角速率陀螺儀測量的是艦體坐標系(b系)相對于慣性坐標系(i系)的轉動角速率在艦體坐標系中的投影ωbib。從軌跡數(shù)據中，可以得到艦體坐標系相對于地理坐標系(t系)的轉動角速率在艦體坐標系中的投影ωbtb。通過軌跡數(shù)據中的水平速度、緯度、高度可以計算出地理坐標系相對于慣性坐標系的轉動角速率在地理坐標系中投影ωtit：通過姿態(tài)角可以算出地理坐標系到艦體坐標系之間的轉換矩陣cbt；ωtit乘轉換矩陣cbt即可得到式ωbit，然后，將ωbit與ωbtb相加，就可以得到陀螺儀模型的理想輸出ωbib。
(3)陀螺儀仿真器的數(shù)學模型。陀螺儀是敏感載體角運動的元件，由于陀螺儀本身存在誤差，因此陀螺儀的輸出為：
式中，εb為陀螺儀元件的誤差。
4．3 加速度計仿真器數(shù)學模型
(1)加速度計模型的輸入量。加速度計模型所需的輸入量也是取自海浪軌跡數(shù)據，具體為：東向速度vtx、北向速度vty、垂直速度vtz、東向加速度αtx、北向加速度αty、垂直加速度αty、航向角ψ、俯仰角θ、橫滾角γ，當?shù)鼐暥圈?，當?shù)馗叨萮。
(2)加速度計模型的理想輸出量。加速度計感測的量是比力?？梢杂孟旅娴氖阶觼斫忉尲铀俣扔嬎袦y的比力與載體相對地球加速度之間的關系：本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/192076.htm
式中，
為相對于地球速度在測量坐標系中的變化率；ωepv載體相對于地球轉動所引起的向心加速度；2ωiev載體相對于地球速度與地球自轉角速度的相互影響而形成的哥氏加速度；g為地球重力加速度。式中，中的v可以從海浪軌跡數(shù)據中獲得。ωep，ωie以通過海浪軌跡數(shù)據的水平中速度、緯度、高度算出，由上式可算出是地理坐標系下的比力ft。通過姿態(tài)角可以算出從地理坐標系到艦體坐標系之間的轉換矩陣cbt，ft乘上轉換矩陣得到艦體坐標系下的比力ft，ft就捷聯(lián)慣導系統(tǒng)中加速度計模型的理想輸出。
(3)加速度計仿真器的模型。加速度計是敏感載體線運動的元件。由于加速度計本身存在誤差，因此加速度計的輸出為：
式中，fb為加速度計實際測得的比力
為加速度計的誤差。
5 坐標轉換系統(tǒng)
在三維視景仿真中，坐標系是建立算法和三維顯示的基礎，因此，需要首先將不同設備的坐標轉換成一致的坐標系。在仿真中，主要涉及到兩種坐標系，一是空間大地直角坐標；二是WGS84坐標(地心坐標)。
6 艦載海上仿真系統(tǒng)開發(fā)
船艦的實時位置信息由地理緯度、經度和海拔高度來確定，采用的是WGS84坐標(地心坐標)。在建立船艦仿真模型時，需要空間大地直角坐標。因此，在進行計算前，需要進行必要的坐標轉換，由地心坐標轉換為空間大地直角坐標。
圖4是作者開發(fā)的艦載捷聯(lián)慣導仿真系統(tǒng)的主界面，該系統(tǒng)主要模擬艦載海上慣導仿真，同時將陀螺和加速度器的仿真模型，慣性導航算法和虛擬現(xiàn)實模型有機結合。
由于主循環(huán)每循環(huán)1次虛擬場景就刷新1幀，因此在Vega主循環(huán)每循環(huán)1次時，首先讀取位置信息，完成坐標轉換；然后完成1次陀螺和加速度數(shù)學模型的計算，通過導航算法的處理，得到緯度、經度、高度和姿態(tài)信息；最后在通過坐標轉換到平面坐標系，控制艦船的姿態(tài)和運行。
該系統(tǒng)是基于MFc開發(fā)的，所以大大降低了編碼所用的時間，加速了開發(fā)效率。由于很好地將Ve―ga的功能嵌入到單文檔應用程序框架中，充分發(fā)揮了Vega的強大的視景驅動能力。
7 結 語
給出Microsoft Visual C++6．0和Vega的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)；開發(fā)了艦載海上航行仿真系統(tǒng)。該系統(tǒng)使設計人員可以直觀地觀察航行過程和姿態(tài)，對于分析陀螺和加速度計模型的設計是否合理，尤其在導航系統(tǒng)算法開發(fā)的初步階段具有非常有用的價值。同時對基于Microsoft Visual C++6．O和Vega的虛擬現(xiàn)實開發(fā)者也有很好的借鑒作用。
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