淺析某型機慣導系統的快速研發

莫 勇

（中航工業自控所，陜西 西安 710065）

1 項目研制背景

隨著航空裝備技術的發展，慣性導航系統以其自主性的優勢，已成為現代先進航空器不可或缺的重要導航設備，成為了載機航電系統及各類任務系統的中心信息源之一。

激光捷聯慣性/衛星組合導航系統，采用激光陀螺和撓性加速度計作為核心傳感器，通過捷聯慣性導航算法實現導航解算，通過數字總線及離散量等接口接收輸入信息及控制命令，并向相關交聯設備輸出載機的位置、速度、加速度、航向、姿態、角速度、待飛時間、待飛距離、偏航距、偏航角等導航及引導信息。

通過采用嵌入式衛星導航接收機及外置無線電導航接收機的導航定位信息，應用組合導航算法，可進一步實現高精度的慣性/衛星組合導航功能。

為某型特種機配套研制的慣導系統研制項目于2010年4月下旬啟動，按照飛機總體研制進度，要求在同年5月底交付裝機件并在同年9月底前配合主機完成首飛，時間進度異常緊張，按照常規慣導系統型號產品所需的研制周期來說，幾乎是不可能實現的目標。

2 標準在研發過程中的應用

2.1 標準應用概述

根據項目總體進度安排及技術要求，按照全新設計的思路為某型特種飛機研制激光捷聯慣導系統是難以實現的。根據載機對于該型慣導系統的功能、性能及接口的需求的進一步分析，最終確定以符合GJB 4859–2003《機載激光捷聯慣性導航裝置通用規范》的某系列激光捷聯慣導系統為原型進行改進設計是可能同時達成需求與進度目標的唯一有效途徑。其核心是利用符合“三化”設計的系統架構、硬件組件和軟件模塊，根據載機和任務系統的需求進行適應性改進，在總體進度要求的時間限度內完成型號產品研制交付。

2.2 系統架構及功能、性能設計

為某型特種機配套研制的激光捷聯慣導系統依據GJB 4859–2003的配置包含了慣性導航部件及慣導部件托架，根據嵌入式衛星導航接收機的使用需求配置了衛星導航天線。其中，作為系統核心的慣性導航部件的架構包括慣導部件機箱、慣性敏感組件、電子線路組件等硬件結構，該架構與某系列激光捷聯慣導系統一致，可以借用現有的慣導部件機箱、慣性敏感組件及大部分電子線路組件，以快速實現系統級產品的研發。

該型慣導系統的數據裝訂、導航參數計算、導航參數輸出、位置校正、記憶、標定、自檢測、安裝誤差補償、非易失存儲等主要功能以及該系統所具有的準備、羅經對準、快速對準、導航等工作狀態設計均符合GJB 4859–2003中的相關規定，該系統的組合導航功能設計按照GJB 5298–2004《機載慣性—GNSS組合導航系統通用規范》及組合導航系統設計規范的相關要求進行，既滿足了載機和任務系統的功能需求，又保證了快速研發的進度目標，避免了重復進行的系統功能設計和論證工作。

該型慣導系統的性能指標體系按照GJB 4859–2003中I類慣導系統的性能指標選用，該指標體系既滿足載機和任務系統對慣導系統的性能需求，能在現有技術水平及技術能力的條件下順利實現。

2.3 系統硬件設計

該型慣導系統的機箱采用了符合GJB 4859–2003所規定的GJB 441–1988《機載電子設備機箱、安裝架的安裝形式和基本尺寸》中的7/8ATR標準機箱，同時機箱與托架之間的連接也符合GJB 441–1988中的B類緊定裝置的要求，該設計與現有某系列慣導系統的機箱及托架結構設計一致，可以實現現有產品的復用，節省對機箱及托架結構設計及驗證的研制周期。

該型慣導系統的慣性敏感組件及大部分電子線路組件均采用了滿足GJB 4859–2003中模塊化設計所要求的既有組件，這些組件均按照《慣性測量組件設計規范》、《激光陀螺儀通用規范》、《加速度計設計規范》、《機載慣導計算機系統設計規范》、《慣導系統電源分系統設計規范》、《激光陀螺電子線路設計規范》等企業標準規范進行設計，具有良好的通用性，通過組件級產品的重用，極大地縮短了組件級產品研發和驗證周期。

該型慣導系統的接口電路，采用了符合ARINC429、ARINC407、RS422接口標準的成品電路模塊組件，既可滿足與載機相關設備的交聯需求，又能滿足研制進度的需求。該型慣導系統的電源電路，采用了的符合GJB 181–1986《飛機供電特性及對用電設備的要求》中B類設備所要求的成熟電路設計，保證了慣導系統與載機電源系統的良好匹配和兼容。

該型慣導系統的硬件環境適應性設計符合GJB150–1986《軍用設備環境試驗方法》、GJB151A–1997《軍用設備電磁兼容試驗測試》等標準所規定項目的要求，同時該要求與某型特種機對慣導系統的環境適應性要求相吻合。上述環境適應性已經原型慣導系統的環境試驗及電磁兼容試驗的驗證，為后續該型慣導系統的裝機試驗、試飛和使用奠定了良好的基礎，同時也降低了研制的風險。

2.4 系統軟件設計

在某系列慣導系統研制之初，即同步開展了機載慣導系統軟件“三化”工作，在GJB2255–1994《軍用軟件產品》、GJB2786–1996《武器系統軟件開發》、GJB5236–2004《軍用軟件質量度量》、GJB2434A–2004《軍用軟件產品評價》、GJB/Z102–1997《軟件可靠性和安全性設計準則》、GJB5369–2005《航天型號軟件C語言安全子集》等軍用軟件標準的基礎上，借鑒國內外“三化”資料，建立、完善了包括《機載慣性導航系統軟件三化研制總要求》、《機載慣性導航系統軟件C語言編程規范》、《機載慣性導航系統軟件需求規范》、《機載慣性導航系統軟件設計規范》、《機載慣性導航系統軟件測試規范》的一套統一的規范和規則；同時，在此基礎上建立了標準的軟件模塊庫，便于后續機載慣導系統產品的開發使用，由此有力地保證了慣導系統軟件產品的設計符合“三化”的要求。

為某型特種機配套研制的激光捷聯慣導系統的軟件開發過程充分繼承了機載慣導系統軟件“三化”設計的成果，在軟件的需求、設計、編碼、測試規范的指導和約束下，其核心的采樣、處理和解算等軟件功能的實現均采用了成熟的通用軟件模塊，僅對設計接口功能的軟件部分進行了適應性的更改，通用模塊庫的復用率達60%以上。由此，軟件開發效率大幅提高、軟件維護工作量大幅減少，促進了該型慣導系統軟件的需求分析、設計、編碼及測試工作的快速推進；同時，也能夠充分確保該型慣導系統軟件產品設計的功能性、可靠性、易用性、高效性、維護性、可移植性、安全性滿足要求，保證軟件的高質量設計和開發。

3 標準應用的效果

在符合GJB 4859–2003框架下的激光捷聯慣導系統為原型的某系列慣導系統的基礎上，通過采用已有的標準化慣導系統架構、硬件組件及軟件模塊進行組合化改進設計，實現了為某型特種飛機配套的激光捷聯慣導系統的快速研發。

該型慣導系統僅在40天的時間內就完成了系統的方案設計、樣機制造、軟件調試、系統調試及驗收檢驗等各項研發工作，如期交付主機單位開展后續的聯試試驗，保證了該型特種飛機的首飛節點目標如期實現。在聯試和試飛過程中，該型慣導系統的功能、性能、接口等各項要求均滿足載機及任務系統的需求，體現了優良的設計水平。

4 結束語

該型激光捷聯慣導系統的快速研發再一次證明了產品研發過程“標準先行”的優勢。國軍標、企業標準的制定過程，是對于技術和產品的驗證、總結和提煉的過程，正是有了前期的技術積淀，才保證了產品快速研發的可行性。

在圓滿完成為某型特種機配套的慣導系統快速研發的同時，也進一步給我們帶來一些新的思考：近年來我國武器裝備的發展速度迅猛，各類新研飛機項目不斷展開，但是否對于每型飛機配套的機載慣性導航系統均有必要重新研制或進行改型設計，能否在滿足通用需求的前提下，采用一種完全基于通用標準（如GJB 4859–2003）的F3（外形、適應性、功能）慣導系統設計，以進一步加快載機項目的研制步伐。若能從用戶需求的確定及載機總體方案的論證階段即開展相關的工作將是大有裨益的。

某型機慣性導航裝置規范的制定和實施對于機載設備的研制應該是有一定的借鑒意義的。