目前在(zài)无人机上采用(yòng)的导(dǎo)航技术主要包括(kuò)惯性导航、卫星导航、多普(pǔ)勒导(dǎo)航、地形辅助导(dǎo)航以(yǐ)及地磁(cí)导航等(děng)。这些(xiē)导航技术都有各自的优缺点,因此(cǐ),在劲(jìn)鹰无人机导航中,要根据无(wú)人机担负的(de)不同任务(wù)来(lái)选择合适的导航技术(shù)至关(guān)重要。
1、惯(guàn)性导航。优(yōu)点是不依赖外界任何信息实现完全自主的(de)导航,隐(yǐn)蔽性好,不受外界干扰,不(bú)受(shòu)地(dì)形影响,能够全(quán)天(tiān)候(hòu)工作。缺点(diǎn)是(shì)定位误差是随(suí)时间积累(lèi)的累积误差,精度受到(dào)惯导系统的影响。
2、GPS导航。优点(diǎn)是全球性(xìng)、全(quán)天候、连(lián)续精密(mì)导(dǎo)航与定位能力,实时性(xìng)较出色。缺(quē)点(diǎn)是易受电(diàn)磁(cí)干(gàn)扰;GPS系统接收机的工作受(shòu)飞行器(qì)机动的影(yǐng)响,比如GPS的信(xìn)号更新频率一般在1 Hz~2 Hz,如果(guǒ)飞行器需要快速更(gèng)新导(dǎo)航信息,单独搭载GPS系统就不能满足飞行器更(gèng)新信(xìn)息的需要。
3、多普(pǔ)勒导航(háng)。优点是自主性好,反应快,抗(kàng)干扰(rǎo)性(xìng)强,测速精度高,能用于各种气候条件和地形条件。缺点是工作(zuò)时必须发射电波,因(yīn)此其隐蔽(bì)性不好;系统工(gōng)作受(shòu)地形影(yǐng)响,性能与(yǔ)反射(shè)面的形状有关,如在水平面(miàn)或沙漠上空工作时,由(yóu)于反射(shè)性不好就会降低性能;精度受(shòu)天线姿(zī)态(tài)的影(yǐng)响;测量(liàng)有积累误(wù)差,系统会(huì)随飞行(háng)距离的增加而使误差增大。
4、地形辅助导航。优点是没有(yǒu)累积(jī)误(wù)差,隐蔽性好,抗干扰性能较强。缺点是计算(suàn)量较(jiào)大,实时(shí)性受(shòu)到制约;工作性能(néng)受地形影响,适合(hé)起伏变化大的(de)地形(xíng),不适宜于(yú)在平原或者海面使用;同时还(hái)受天气影响,在大(dà)雾(wù)和多云(yún)等天气条件下(xià)导航效果不佳;要求(qiú)飞行器按照规定的路线飞(fēi)行,不利于(yú)飞行器(qì)的机动性。
5、地磁导航。地磁导航具有无源(yuán)、无(wú)辐射、隐蔽性强,不受敌方干扰、全天时(shí)、全天候、全地域、能耗低的(de)优良特征,导航不存在误差(chà)积累,在跨海(hǎi)制(zhì)导方面有一定的优势。缺点(diǎn)是地磁匹配需要存储大量的地(dì)磁数据;实时性(xìng)与(yǔ)计算机处(chù)理(lǐ)数据(jù)的(de)能力有关。
6、组合导航
组合导航(háng)是指把两种或(huò)两种以上(shàng)的导航系(xì)统(tǒng)以适当的方式组合在一起,利用其性能上的(de)互补特(tè)性,可以获得比(bǐ)单独使(shǐ)用任一系统(tǒng)时更高的导航性能。除了可(kě)以将(jiāng)以上介绍的导航技(jì)术进行(háng)组(zǔ)合之外,还可以(yǐ)应用一些(xiē)相关技术提高精度,比如(rú)大气数据系(xì)统、航迹推(tuī)算技术等。
1.INS/GPS组(zǔ)合导航系(xì)统
组合(hé)的优(yōu)点表(biǎo)现在:对惯导系统(tǒng)可以实(shí)现惯性传感(gǎn)器的校准、惯导系统的空中对准、惯导系(xì)统高度通道(dào)的(de)稳(wěn)定等,从而可(kě)以有效地提高惯导系统的性能(néng)和精度;对GPS系统(tǒng)来说,惯导(dǎo)系(xì)统(tǒng)的辅助可以提高其(qí)跟踪卫星的能力,提高接收机动态特性和抗干扰性(xìng)。另外(wài),INS/GPS综合还可以实现GPS完(wán)整性的检(jiǎn)测(cè),从而提高可靠(kào)性。另外,INS/GPS组合(hé)可以实现一体化,把(bǎ)GPS接收机放(fàng)入惯(guàn)导(dǎo)部件中,以进一步减少(shǎo)系统的体积、质量和成本(běn),便于实现惯导和GPS同步(bù),减小非同步(bù)误差。INS/GPS组合导航系统(tǒng)是目前(qián)多数无人飞(fēi)行器(qì)所(suǒ)采用的主(zhǔ)流自主导航技术[7-8]。美(měi)国的全球鹰和捕食者无人机都是采(cǎi)用这种组合导航方式。
2.惯导/多普勒组合导航系统(tǒng)这种组合(hé)方式既解决了多(duō)普(pǔ)勒导航受到地形因素的影响,又可以解决惯导自身的累(lèi)积误差,同时在隐蔽性上二者实现了较(jiào)好的互(hù)补。
3.惯导/地(dì)磁组合导航系(xì)统
利(lì)用(yòng)地磁匹配技术的(de)长期稳定性(xìng)弥补惯(guàn)系统误差随时间(jiān)累积的(de)缺(quē)点,利用(yòng)惯导系统的短期(qī)高(gāo)精度弥补地磁匹配系统易(yì)受(shòu)干扰等不足,则(zé)可实现惯性/地磁导航(háng),具(jù)备自主性强、隐(yǐn)蔽性好、成本(běn)低、可用(yòng)范围广等优点,是当前导(dǎo)航研究领(lǐng)域(yù)的一个热点。
4.惯导/地形匹配组合导航系统
由于地形匹配(pèi)定位的精度很高,因此可(kě)以利用这种(zhǒng)精(jīng)确的位置信(xìn)息来消除惯性导航系(xì)统长时(shí)间工作的累计误差,提高惯性导航系统的定位精度。由(yóu)于地(dì)形匹配辅助导航系统具有自主性(xìng)和高精度的突出(chū)优点,将其应用于(yú)装(zhuāng)载(zǎi)有多种图像(xiàng)传感(gǎn)器的无人机(jī)导航(háng)系统,构成惯性/地形匹配组合导航系统,将是地形匹配辅助导航技术发展和(hé)应用的未来(lái)趋势。
5.GPS/航迹推算组合导航(háng)系统
航迹推(tuī)算的基本原理:在GPS失效(xiào)情况下(xià),依据(jù)大(dà)气数据计算机测得的(de)空速、磁航向测得的真(zhēn)北航(háng)向以及当(dāng)地风速风向,推算出地速及(jí)航迹角。当(dāng)GPS定位信号(hào)中断或质量较差时,由航迹(jì)推算系统确定无(wú)人(rén)机的位置和速(sù)度;当GPS定(dìng)位信号质量较好时(shí),利用GPS高精度(dù)的(de)定位信息对航迹推(tuī)算系统进行校正,从而构成(chéng)了高精度(dù)、高(gāo)可(kě)靠性的无人(rén)机(jī)导航定位系统,在(zài)以较高质量保证了飞(fēi)行安全和品质的(de)同时,有效降低了系统的成本,使无人机(jī)摆脱(tuō)对雷(léi)达、测(cè)控站等地(dì)面(miàn)系统的依赖。

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