浅析某型机惯导系统的快速研发

莫 勇

（中航工业自控所，陕西 西安 710065）

1 项目研制背景

随着航空装备技术的发展，惯性导航系统以其自主性的优势，已成为现代先进航空器不可或缺的重要导航设备，成为了载机航电系统及各类任务系统的中心信息源之一。

激光捷联惯性/卫星组合导航系统，采用激光陀螺和挠性加速度计作为核心传感器，通过捷联惯性导航算法实现导航解算，通过数字总线及离散量等接口接收输入信息及控制命令，并向相关交联设备输出载机的位置、速度、加速度、航向、姿态、角速度、待飞时间、待飞距离、偏航距、偏航角等导航及引导信息。

通过采用嵌入式卫星导航接收机及外置无线电导航接收机的导航定位信息，应用组合导航算法，可进一步实现高精度的惯性/卫星组合导航功能。

为某型特种机配套研制的惯导系统研制项目于2010年4月下旬启动，按照飞机总体研制进度，要求在同年5月底交付装机件并在同年9月底前配合主机完成首飞，时间进度异常紧张，按照常规惯导系统型号产品所需的研制周期来说，几乎是不可能实现的目标。

2 标准在研发过程中的应用

2.1 标准应用概述

根据项目总体进度安排及技术要求，按照全新设计的思路为某型特种飞机研制激光捷联惯导系统是难以实现的。根据载机对于该型惯导系统的功能、性能及接口的需求的进一步分析，最终确定以符合GJB 4859–2003《机载激光捷联惯性导航装置通用规范》的某系列激光捷联惯导系统为原型进行改进设计是可能同时达成需求与进度目标的唯一有效途径。其核心是利用符合“三化”设计的系统架构、硬件组件和软件模块，根据载机和任务系统的需求进行适应性改进，在总体进度要求的时间限度内完成型号产品研制交付。

2.2 系统架构及功能、性能设计

为某型特种机配套研制的激光捷联惯导系统依据GJB 4859–2003的配置包含了惯性导航部件及惯导部件托架，根据嵌入式卫星导航接收机的使用需求配置了卫星导航天线。其中，作为系统核心的惯性导航部件的架构包括惯导部件机箱、惯性敏感组件、电子线路组件等硬件结构，该架构与某系列激光捷联惯导系统一致，可以借用现有的惯导部件机箱、惯性敏感组件及大部分电子线路组件，以快速实现系统级产品的研发。

该型惯导系统的数据装订、导航参数计算、导航参数输出、位置校正、记忆、标定、自检测、安装误差补偿、非易失存储等主要功能以及该系统所具有的准备、罗经对准、快速对准、导航等工作状态设计均符合GJB 4859–2003中的相关规定，该系统的组合导航功能设计按照GJB 5298–2004《机载惯性—GNSS组合导航系统通用规范》及组合导航系统设计规范的相关要求进行，既满足了载机和任务系统的功能需求，又保证了快速研发的进度目标，避免了重复进行的系统功能设计和论证工作。

该型惯导系统的性能指标体系按照GJB 4859–2003中I类惯导系统的性能指标选用，该指标体系既满足载机和任务系统对惯导系统的性能需求，能在现有技术水平及技术能力的条件下顺利实现。

2.3 系统硬件设计

该型惯导系统的机箱采用了符合GJB 4859–2003所规定的GJB 441–1988《机载电子设备机箱、安装架的安装形式和基本尺寸》中的7/8ATR标准机箱，同时机箱与托架之间的连接也符合GJB 441–1988中的B类紧定装置的要求，该设计与现有某系列惯导系统的机箱及托架结构设计一致，可以实现现有产品的复用，节省对机箱及托架结构设计及验证的研制周期。

该型惯导系统的惯性敏感组件及大部分电子线路组件均采用了满足GJB 4859–2003中模块化设计所要求的既有组件，这些组件均按照《惯性测量组件设计规范》、《激光陀螺仪通用规范》、《加速度计设计规范》、《机载惯导计算机系统设计规范》、《惯导系统电源分系统设计规范》、《激光陀螺电子线路设计规范》等企业标准规范进行设计，具有良好的通用性，通过组件级产品的重用，极大地缩短了组件级产品研发和验证周期。

该型惯导系统的接口电路，采用了符合ARINC429、ARINC407、RS422接口标准的成品电路模块组件，既可满足与载机相关设备的交联需求，又能满足研制进度的需求。该型惯导系统的电源电路，采用了的符合GJB 181–1986《飞机供电特性及对用电设备的要求》中B类设备所要求的成熟电路设计，保证了惯导系统与载机电源系统的良好匹配和兼容。

该型惯导系统的硬件环境适应性设计符合GJB150–1986《军用设备环境试验方法》、GJB151A–1997《军用设备电磁兼容试验测试》等标准所规定项目的要求，同时该要求与某型特种机对惯导系统的环境适应性要求相吻合。上述环境适应性已经原型惯导系统的环境试验及电磁兼容试验的验证，为后续该型惯导系统的装机试验、试飞和使用奠定了良好的基础，同时也降低了研制的风险。

2.4 系统软件设计

在某系列惯导系统研制之初，即同步开展了机载惯导系统软件“三化”工作，在GJB2255–1994《军用软件产品》、GJB2786–1996《武器系统软件开发》、GJB5236–2004《军用软件质量度量》、GJB2434A–2004《军用软件产品评价》、GJB/Z102–1997《软件可靠性和安全性设计准则》、GJB5369–2005《航天型号软件C语言安全子集》等军用软件标准的基础上，借鉴国内外“三化”资料，建立、完善了包括《机载惯性导航系统软件三化研制总要求》、《机载惯性导航系统软件C语言编程规范》、《机载惯性导航系统软件需求规范》、《机载惯性导航系统软件设计规范》、《机载惯性导航系统软件测试规范》的一套统一的规范和规则；同时，在此基础上建立了标准的软件模块库，便于后续机载惯导系统产品的开发使用，由此有力地保证了惯导系统软件产品的设计符合“三化”的要求。

为某型特种机配套研制的激光捷联惯导系统的软件开发过程充分继承了机载惯导系统软件“三化”设计的成果，在软件的需求、设计、编码、测试规范的指导和约束下，其核心的采样、处理和解算等软件功能的实现均采用了成熟的通用软件模块，仅对设计接口功能的软件部分进行了适应性的更改，通用模块库的复用率达60%以上。由此，软件开发效率大幅提高、软件维护工作量大幅减少，促进了该型惯导系统软件的需求分析、设计、编码及测试工作的快速推进；同时，也能够充分确保该型惯导系统软件产品设计的功能性、可靠性、易用性、高效性、维护性、可移植性、安全性满足要求，保证软件的高质量设计和开发。

3 标准应用的效果

在符合GJB 4859–2003框架下的激光捷联惯导系统为原型的某系列惯导系统的基础上，通过采用已有的标准化惯导系统架构、硬件组件及软件模块进行组合化改进设计，实现了为某型特种飞机配套的激光捷联惯导系统的快速研发。

该型惯导系统仅在40天的时间内就完成了系统的方案设计、样机制造、软件调试、系统调试及验收检验等各项研发工作，如期交付主机单位开展后续的联试试验，保证了该型特种飞机的首飞节点目标如期实现。在联试和试飞过程中，该型惯导系统的功能、性能、接口等各项要求均满足载机及任务系统的需求，体现了优良的设计水平。

4 结束语

该型激光捷联惯导系统的快速研发再一次证明了产品研发过程“标准先行”的优势。国军标、企业标准的制定过程，是对于技术和产品的验证、总结和提炼的过程，正是有了前期的技术积淀，才保证了产品快速研发的可行性。

在圆满完成为某型特种机配套的惯导系统快速研发的同时，也进一步给我们带来一些新的思考：近年来我国武器装备的发展速度迅猛，各类新研飞机项目不断展开，但是否对于每型飞机配套的机载惯性导航系统均有必要重新研制或进行改型设计，能否在满足通用需求的前提下，采用一种完全基于通用标准（如GJB 4859–2003）的F3（外形、适应性、功能）惯导系统设计，以进一步加快载机项目的研制步伐。若能从用户需求的确定及载机总体方案的论证阶段即开展相关的工作将是大有裨益的。

某型机惯性导航装置规范的制定和实施对于机载设备的研制应该是有一定的借鉴意义的。