GNSS/INS深耦合系统的移动虚拟现实（MVR）一体化测试评估理论及方法研究

Testing and Evaluation of Global Navigation Satellites System/Inertia navigation system deeply coupled navigation system is a hot problem and also a difficult problem in the field of navigation. The tradition ground testing and evaluation way is difficult to simulate carrier’s real-time high dynamic strong interference navigation environment, moreover, airborne testing and evaluation way is difficult to optimize navigation function and testing evaluation function, because of loop tracking be substituted by vector tracking in deeply coupled navigation system, inducing receiver bosom complexity. Mobile virtual reality technology has real-time, high dynamic and strong interference environment simulation ability, and real-time interactive human-machine interface, becomes the top effective method to solve this problem. The testing and evaluation problem of deeply coupled navigation system in the real-time high dynamic strong interference navigation environment is lucubrated using technology predominance of MVR in this project. The aerocraft real-time high dynamic strong interference navigation environment MVR simulation mechanism, Data Exchange and numerical simulation from reality to virtual object, the information fusion law and universal test evaluation principle integrates in different coupling fashion, this key problems are overcomed, the complete integrated testing and evaluation theory and methods of deeply coupled navigation system by MVR are proposed. This work will extend and accelerating the application progress of GNSS/INS deeply coupled navigation system, and also has an important theoretics meaning and practicality value for improve the research domain and level of national defence industry’s testing and evaluation.

GNSS/INS 深耦合系统的测试评估是当前导航领域的热点问题，也是难点问题。传统的地面测评方法难以模拟载体实时高动态强干扰的导航环境，而机载测评方法由于深耦合系统中的环路跟踪被矢量跟踪替代，接收机内部复杂导致难以兼顾导航功能和测试评估功能。移动虚拟现实技术具有的实时性、高动态和强干扰环境模拟能力，以及实时交互的人机接口，成为解决此难题的有效途径。本项目利用MVR技术优势，深入研究深耦合系统在实时高动态和强干扰环境中的测试评估问题。通过突破飞行器实时高动态强干扰MVR技术模拟机理、现实被测对象与虚拟环境对象数据交换及数值模拟原理集成、不同耦合方式下信息融合的规律与通用测试评估算法等关键科学问题，提出一套完整的深耦合系统MVR一体化测试评估理论与方法。本项目是前期研究工作的深化和拓展，对于推进GNSS/INS深耦合技术应用进程和提高国防工业测试评估研究水平都具有十分重要的理论意义和实用价值。

目前，GNSS/INS深耦合系统的测试评估方法主要有实验室仿真法、场外模拟试验法和试飞试验法。无论哪种方法，都是先测试再评估，测试即涉及软件环境也涉及硬件环境，而评估不仅如此，还要考虑主观因素，由数据和人共同参与评判系统的性能和耦合度。因此，要将测试和评估一体化设计，还需要实时的人机交互能力支持。移动虚拟现实技术(Mobile Virtual Reality，简称MVR)的发展与应用，为GNSS/INS深耦合系统的测试评估提供了一条新思路。经过本课题的研究，取得了以下几方面的进展：一是针对GNSS/INS深耦合系统的测试评估中，地面测试评估方法难以模拟飞行器高动态和强干扰问题，研究了研究了图像特征语义分割与重建模型几何语义识别的关联作用机制，以及语义作用下的场景自适应优化重建方法，建立了飞行器高动态MVR模型和强干扰模型，以及电磁计算、效能评估、三维渲染、基础数据库，规划了路径规划，设计了特殊效果，构造易于管理的大规模强干扰模型；二是研究了深耦合系统与飞行器共同运动的三维测试评估态势MVR技术及模型，利用MVR技术实现的飞行器实时高动态强干扰输入到GNSS/INS组合导航接收机的数值模型转换器的转换算法，通过MVR技术使现实中的深耦合导航接收机数据随虚拟的飞行器一起运动起来，并解算出导航参数，为虚拟飞行器进行导航，同时把解算前的GNSS/INS的I和Q支路信息以及原始数据送入测试评估算法；三是研究了GNSS/INS深耦合导航系统信息融合算法和故障诊断技术，建立了深耦合导航系统数学建模并进行了性能分析，一种残差 -Fuzzy ARTMAP快速神经网络组合导航故障检测方法，仿真结果表明该检测方法比传统残差 检验法更准确及时有效实现故障检测和隔离；四是研究了GNSS/INS深耦合导航系统测试评估机制，建立了一套完整的评估指标体系，提出了基于扩展贝叶斯法对GNSS/INS深耦合导航系统进行综合效能评估，通过静态测试和跑车实验进行了验证。