LabVIEW虚拟仪器的惯导故障诊断软件设计(5)
在实际的长航程惯性导航系统中，考虑到地球表面为球面，载体位置用地理经纬度λ 和φ 表示，如果x 轴指北，y 轴指东，R 为地球半径，则用经纬度表示的载体的位置为：
从结构上看，惯性导航分为平台式惯性导航和捷联式惯性导航，如图1.2 和图1.3。
图1.2 平台惯导原理框图
图1.2为平台惯性导航系统的原理图。平台惯性导航系统，其导航加速度计和陀螺都安装在机电导航平台上，加速度计输出的信息，送导航计算机，由其计算航行器位置、速度等导航信息及陀螺的旋矩信息。陀螺在旋矩信息作用下，通过平台稳定回路控制平台跟踪导航坐标系在惯性空间的角速度。而航行器的姿态和方位信息，则从平台的框架轴上直接测量得到[7]。
图1.3为捷联惯性导航系统。捷联惯导系统，导航加速度计和陀螺直接安装在载体上。用陀螺测量的角速度信息减去计算的导航坐标系相对惯性空间的角速度 ，得载体坐标系相对导航坐标系的角速度 ，利用该信息计算姿态矩阵。可把载体坐标系轴向加速度信息转换到导航坐标系轴向，再进行导航计算。利用姿态矩阵元素，提取姿态和航向信息[6]。而姿态矩阵计算、加速度信息的坐标变换、姿态与航向角计算可代替导航平台功能。而计算导航坐标系的角速度信息则相对平台坐标系上陀螺旋矩信息，如图1.4。
图1.3 捷联式惯导原理框图
图1.4 捷联惯导系统算法流程
1．4 本文的主要工作及内容分布
本论文的主要工作是设计一个基于虚拟仪器的惯性导航故障诊断系统。该故障诊断的系统的实现是以LabVIEW软件为主要工具，结合惯性导航的基本原理和故障诊断的一般方法，设计出其虚拟仪器界面和内部的程序。主要完成的设计包括设计虚拟仪器面板，实现数据信号的采集、解算以及显示，存储解算的结果。其次对专家系统和虚拟仪器开发工具LabVIEW做了介绍。
第一章为引言，概要的介绍了惯性导航故障诊断技术的背景和研究意义，虚拟仪器技术的背景知识，LabVIEW软件的概况，以及惯性导航技术的基本原理。
第二章主要介绍了故障诊断的原理与分类，分别介绍了几种故障诊断的方法，其中重点介绍了故障诊断方法中的专家系统法。
第三章详细介绍了本论文所设计的惯性导航故障诊断系统，包括系统的界面以及内部的程序框图两个部分。
第四章为本系统所设计的惯性导航故障诊断系统的运行结果，列出了电压波形以及三组数据的解算结果。
最后对本论文进行了总结，提出了其中的不足之处和对未来的展望。
2 故障诊断技术
2．1 故障诊断技术简介
所谓故障，可以理解为任何系统表现出来的异常或者不符合期望的现象。故障诊断主要包含故障检测、故障隔离、故障辨识三个方面。从本质上讲，故障诊断技术是一个模式分类与识别问题，也就是把系统的运行状态分为正常和异常，而异常信号样本是哪种故障造成的。
图2.1 故障诊断框图
故障诊断技术框图如图2.1所示。首先需要确定异常现象，由此取得异常样本，依据各种故障诊断方法判断故障发生的原因，并对故障的部件进行隔离检修。故障诊断的目的是判断机器设备在运行中内部隐含故障，识别主导故障以及主导故障的发展和转移，还需要对设备的当前状态做出评估，对识别的故障进行隔离，对其劣化趋势做出中长期预报，并保证设备安全、平稳、高效的运行。
2．2 故障诊断技术方法
2.2.1 基于信号处理的方法
这种方法直接对测试系统的特性参数进行跟踪识别的技术，一般设备系统正常工作时有一个特定的范围值，如果超出正常变化范围，则认为对象己经或将要发生故障。这种方法简单，但容易出现故障的误判和漏判。初期的自动测试系统多采用这种诊断方法。现在对于FO信号及数字信号的故障诊断仍多采用此方法。