目前(qián)在无人机上(shàng)采用(yòng)的导航技术主要(yào)包括惯性导航、卫星导航、多普勒导航、地形辅助(zhù)导航(háng)以及地磁导(dǎo)航(háng)等。这些导(dǎo)航(háng)技术(shù)都有各(gè)自的优缺点,因(yīn)此,在劲鹰无(wú)人机(jī)导航中,要根(gēn)据无人机担(dān)负的不同任务来选择合适的导航技术至(zhì)关重要。
1、惯性导航(háng)。优点是不依赖外界任何信息实(shí)现完全自主(zhǔ)的(de)导航,隐(yǐn)蔽(bì)性好,不受外(wài)界干扰(rǎo),不受地形影响,能够全天(tiān)候(hòu)工作。缺点是定位(wèi)误差是随时间积累的累积误差(chà),精度受到惯(guàn)导系统的(de)影响。
2、GPS导航(háng)。优点是全球性(xìng)、全天候、连续精(jīng)密导航与(yǔ)定位能(néng)力,实时性较(jiào)出色。缺点(diǎn)是易受电磁干扰;GPS系统接(jiē)收机的工(gōng)作(zuò)受飞(fēi)行器机动的(de)影响,比如GPS的信号更新频率(lǜ)一般在1 Hz~2 Hz,如(rú)果飞(fēi)行器需要快速更(gèng)新导航信息,单独搭载GPS系统就(jiù)不能满足飞行(háng)器更新信息的需要。
3、多普(pǔ)勒导(dǎo)航。优点是自主性好,反应快,抗干扰性强(qiáng),测速精(jīng)度高,能用于各种气候条件和地形(xíng)条件。缺点是工作时必须发(fā)射电波,因此其隐(yǐn)蔽性(xìng)不好(hǎo);系统(tǒng)工作受地形(xíng)影响,性能(néng)与反射面(miàn)的形状有(yǒu)关,如在水平面或沙(shā)漠上空(kōng)工作(zuò)时,由(yóu)于反射性不(bú)好就会(huì)降低性能;精度(dù)受天(tiān)线姿(zī)态(tài)的影响;测量有(yǒu)积累误差,系统会随飞行距(jù)离(lí)的增加(jiā)而使误差增大。
4、地形辅助导航。优点是没有累积误差,隐蔽性好,抗干扰性能(néng)较强。缺点(diǎn)是计算量较大,实(shí)时性受到制(zhì)约;工作性(xìng)能受地形影响(xiǎng),适(shì)合起伏变化大的地形,不适宜于在平原或(huò)者海面使用;同时还受天(tiān)气(qì)影响,在大雾和多云等天气条件下导航(háng)效果不佳;要(yào)求飞行器(qì)按照规定的路线飞(fēi)行(háng),不利(lì)于飞行器的机动性。
5、地(dì)磁导航。地磁导航具有无源、无辐射、隐蔽性强,不受(shòu)敌方干扰、全天时、全(quán)天候、全地域、能耗低的(de)优良特征,导航不存在误差积累(lèi),在跨(kuà)海制导方面有(yǒu)一定的(de)优势。缺点是地磁匹(pǐ)配(pèi)需要存储大量的地磁数据;实(shí)时性与计算机处理数据的(de)能(néng)力(lì)有关。
6、组合导(dǎo)航(háng)
组合(hé)导(dǎo)航(háng)是指把两(liǎng)种或两种(zhǒng)以上的导航系(xì)统以适当的方式组合在(zài)一起,利用(yòng)其性能上的(de)互补特性(xìng),可以获得比单独使(shǐ)用任一系统时(shí)更高(gāo)的导(dǎo)航性能。除了可以将以上介绍的导航技术(shù)进行组(zǔ)合(hé)之外,还可以(yǐ)应用一些相(xiàng)关技术提高(gāo)精度,比如大(dà)气数据系统、航(háng)迹推算技术等。
1.INS/GPS组合导(dǎo)航系统
组合的优点(diǎn)表现在:对惯导(dǎo)系统可以实现惯性(xìng)传感器(qì)的校准、惯导系统(tǒng)的空中对准、惯导系统高度通(tōng)道的稳定等,从而可(kě)以有效地(dì)提高惯(guàn)导系统的性能和精度;对(duì)GPS系统来(lái)说,惯(guàn)导系统的(de)辅(fǔ)助可以提高(gāo)其跟踪卫星的(de)能力,提高接(jiē)收机动态(tài)特(tè)性和(hé)抗干扰(rǎo)性。另外,INS/GPS综(zōng)合还可以实现GPS完(wán)整性的检测,从而提高可靠性。另(lìng)外,INS/GPS组合(hé)可以实现一体化,把GPS接(jiē)收机(jī)放(fàng)入惯导部件中,以进(jìn)一(yī)步减(jiǎn)少(shǎo)系统的体(tǐ)积、质量和成本,便(biàn)于(yú)实现(xiàn)惯导(dǎo)和GPS同步,减小非同(tóng)步误差。INS/GPS组合导航(háng)系(xì)统是目前多(duō)数(shù)无人飞行(háng)器所采用的(de)主流自主导航技术(shù)[7-8]。美国的(de)全(quán)球鹰和捕食者无人机(jī)都是采用这种组(zǔ)合导(dǎo)航方式。
2.惯导/多普(pǔ)勒组合导航系统这种组合方式既解(jiě)决(jué)了多普勒导航受到地形因素的影响(xiǎng),又可以解决惯导自身的(de)累积误差,同时在隐蔽性上二者实现了较(jiào)好的互补。
3.惯导/地磁组合导航系统
利用(yòng)地(dì)磁匹配技术的长期(qī)稳(wěn)定性弥补惯系统误差随(suí)时(shí)间累(lèi)积的缺点,利(lì)用(yòng)惯导系统的短期高(gāo)精度弥补地磁匹配系统易(yì)受干(gàn)扰等不足(zú),则可实(shí)现惯(guàn)性/地磁导(dǎo)航(háng),具备自主(zhǔ)性强(qiáng)、隐(yǐn)蔽性好(hǎo)、成本(běn)低、可用范(fàn)围广等优点,是当(dāng)前导(dǎo)航(háng)研究领域的一(yī)个(gè)热(rè)点。
4.惯导/地形(xíng)匹配组合导航系统(tǒng)
由于地形(xíng)匹配(pèi)定(dìng)位的精度很高,因此可以(yǐ)利用这种精确的(de)位置信息(xī)来消除惯性导航系统长时间工作(zuò)的累计误(wù)差,提高惯(guàn)性导航系统的定位精度(dù)。由于地形匹配辅助导(dǎo)航系统具有自主性和高精(jīng)度的突(tū)出(chū)优点,将其应用于装(zhuāng)载有(yǒu)多种图像传感器(qì)的无人机(jī)导航(háng)系统,构成(chéng)惯性/地形匹(pǐ)配组合(hé)导航系统,将是地形匹配辅助导(dǎo)航技(jì)术发展和应用的(de)未来趋势。
5.GPS/航迹推算组合(hé)导航系统
航迹推算的基本原(yuán)理:在(zài)GPS失效(xiào)情况下,依(yī)据(jù)大气数据计算(suàn)机测(cè)得的空速、磁航向测得的真北(běi)航(háng)向(xiàng)以及(jí)当地风速风向,推算出地速及(jí)航迹角。当GPS定位信号中断(duàn)或(huò)质量(liàng)较差时,由航(háng)迹推算系统(tǒng)确定无人(rén)机的位(wèi)置和速度;当(dāng)GPS定(dìng)位信(xìn)号质量较好时,利用GPS高精(jīng)度的定位(wèi)信息对(duì)航迹推算系统进行校(xiào)正,从而构成了高(gāo)精度、高(gāo)可靠性的(de)无人机导(dǎo)航(háng)定位系统,在(zài)以较高质(zhì)量保证了飞行安全和(hé)品质的(de)同时(shí),有(yǒu)效降低了(le)系统的成本,使无人机摆脱对雷达、测(cè)控站等地面系(xì)统的(de)依赖。

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