黄灰创意无人机导航技术PPT模板

无人机导航定位技巧简介与剖析无人机导航定位工作重要由组合定位定领导航体系完成,组合导航体系及时闭环输出地位和姿势信息,为飞机供给准确的偏向基准和地位坐标,同时及时根据姿势信息对飞机飞翔状况进行猜测.组合导航体系由激光陀螺捷联惯性导航.卫星定位体系吸收机.组合导航盘算机.里程计.高度表和基站雷达体系等构成.联合了SAR 图像导航的定位精度.自立性和星迟钝器的星光导航体系的姿势测定精度,从而包管了无人飞机的自立飞翔.无人机导航是按照请求的精度,沿着预定的航路在指定的时光内准确地引诱无人机至目标地.要使无人机成功完成预定的航行义务,除了肇端点和目标的地位之外,还必须知道无人机的及时地位.航行速度.航向等导航参数.今朝在无人机上采取的导航技巧重要包含惯性导航.卫星导航.多普勒导航.地形帮助导航以及地磁导航等.这些导航技巧都有各自的优缺陷,是以,在无人机导航中,要根据无人机担负的不合义务来选择合适的导航定位技巧至关重要.一.单一导航技巧1 惯性导航惯性导航是以牛顿力学定律为基本,依附装配在载体(飞机.舰船.火箭等)内部的加快度计测量载体在三个轴向活动加快度,经积分运算得出载体的瞬时速度和位置,以及测量载体姿势的一种导航方法.惯性导航体系平日由惯性测量装配.盘算机.掌握显示器等构成.惯性测量装配包含加快度计和陀螺仪.三自由度陀螺仪用来测量飞翔器的三个迁移转变活动;三个加快度计用来测量飞翔器的三个平移活动的加快度.盘算机根据测得的加快度旌旗灯号盘算出飞翔器的速度和地位数据.掌握显示器显示各类导航参数.惯性导航完全依附机载装备自立完成导航义务,工作时不依附外界信息,也不向外界辐射能量,不轻易受到干扰,不受气候前提限制,是一种自立式的导航体系,具有完全自立.抗干扰.隐藏性好.全天候工作.输出导航信息多.数据更新率高级长处.现实的惯性导航可以完成空间的三维导航或地面上的二维导航.2 定位卫星导航定位卫星导航是经由过程不竭对目标物体进行定位从而实现导航功效的.今朝,全球规模内有影响的卫星定位体系有美国的GPS,欧洲的伽利略,俄罗斯的格拉纳斯.这里重要介绍现阶段运用较为普遍的GPS全球定位体系导航.GPS全球定位体系导航的基起源基本理:当GPS卫星正常工作时,会不竭地用1和0二进制码元构成的伪随机码(简称伪码)发射导航电文.导航电文包含卫星星历.工作状况.时钟纠正.电离层时延修改.大气折射修改等信息.当用户吸收到导航电文时,提掏出卫星时光并将其与本身的时钟做比较即可得知卫星与用户的伪距R,再运用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处地位,因为用户吸收机运用的时钟与卫星星载时钟不成能老是同步,引进一个Δt即卫星与吸收机之间的时光差作为未知数.为了求出吸收机的地位x.y.z,只要吸收机测出四颗卫星的伪距,运用公式(1)即可得到四个方程,联立起来即可求出四个未知数x. y.z和Δt.（1）3 多普勒导航多普勒导航是飞翔器经常运用的一种自立式导航,多普勒导航体系由磁罗盘或陀螺内心.多普勒雷达和导航盘算机构成.它的工作道理是多普勒效应,机上的多普勒导航雷达不竭向地面发射电磁波,因飞机与电磁波照耀的地面之间消失相对活动,雷达吸收到地面回波的频率与发射电磁波的频率ft相差一个多普勒频率fd.从而根据公式(2)盘算出无人机相对于地面的飞翔速度(地速),以及偏流角(即地速与无人机纵轴之间的夹角).因为气流的感化,偏流角的大小反应了地速.风速和空速之间的关系.磁罗盘或陀螺仪可以测出无人机的航天向角,即无人机纵轴偏向与正南偏向之间的夹角.根据多普勒雷达供给的地速和偏流角数据,以及磁罗盘或陀螺内心供给的航向数据,导航盘算机就可以不竭地盘算出无人机飞过的路线.式中V为飞机的飞翔速度,为空速和风速的合成速度;γ为速度V 与雷达波束轴线之间的夹角.4 地形帮助导航地形帮助导航是指飞翔器在飞翔进程中,运用预先储存的飞翔路线中某些地区的特点数据,与现实飞翔进程中测量到的相干数据进行不竭比较来实行导航修改的一种办法.地形帮助导航可分为地形匹配.景像匹配和桑地亚惯性地形帮助导航.1)地形匹配地形匹配也称为地形高度相干.其道理是:地球陆地概况上任何地点的地理坐标,都可以根据其四周地域的等高线或地貌来单值肯定.地形匹配是经由过程获取沿途航路上的地形地貌谍报,并据此作出专门的数字地图并存入盘算机,当飞机飞越某块已数字化的地形时,机载无线电高度表测出相对高度,气压/惯性分解测绝对高度,两者相减即得地形标高.飞翔一段时光后,即可得到真航迹的一串地形标高.将测得的数据与预先存储的数字地图进行相干剖析,肯定飞机航迹对应的网格地位.因为事先肯定了网格各点对应的经纬值,如许即可以用数字地图校订惯导.2)影像匹配又称影像相干.与地形匹配的差别是,预先输入到盘算机的信息不知是高度参数,而是经由过程摄像等手腕获取的预定飞翔路径的景像信息,将这些气候数字化后储消失机载的相干盘算装备中,这些信息具有很好的可不雅测性.飞翔中,经由过程机载的摄像装备获取飞翔路径中的气候.然后运用机载数字气候匹配相干器将其所测与预存的气候进行相干比较以肯定飞机的地位.3)桑地亚惯性地形帮助导航桑地亚惯性地形帮助导航采取了推广的递推卡尔曼滤波算法,具有更好的及时性.其道理是:根据惯导体系输出的地位在数字地图上找到地形高程.而惯导体系输出的绝对高度与地形高程之差为飞翔器相对高度的估量值.它与无线电高度表实测相对高度之差就是卡尔曼滤波的测量值.地形的非线性导致了测量方程的非线性.采取地形随机线性化算法可以及时获得地形斜率,得到线性化的测量方程,联合惯导体系的误差状况方程,经递推卡尔曼滤波算法可得到导航误差状况的最佳估量.运用输出校订可修改惯导体系的导航误差,从而获得最佳导航状况.5 地磁导航地磁场为矢量场,在地球近地空间内随意率性一点的地磁矢量都不合于其它地点的矢量,且与该地点的经纬度消失一一对应的关系.是以,理论上只要肯定该点的地磁场矢量即可实现全球定位.按照地磁数据处理方法的不合,地磁导航分为地磁匹配与地磁滤波两种方法.今朝地磁匹配在导航运用研讨中更为普遍,它是把预先计划好的航迹某段区域某些点的地磁场特点量绘制成参考图(或称基准图)存贮在载体盘算机中,当载体飞越这些地区时,由地磁匹配测量仪器及时测量出飞越这些点地磁场特点量,以构成及时图. 在载体上的盘算机中,对及时图与参考图进行相干匹配,盘算出载体的及时坐标地位,供导航盘算机解算导航信息.地磁匹配相似地形匹配体系,差别在于地磁匹配可有多个特点量.单一导航技巧优缺陷剖析1)惯性导航.长处是不依附外界任何信息实现完全自立的导航,隐藏性好,不受外界干扰,不受地形影响,可以或许全天候工作.缺陷是定位误差是随时光积聚的累积误差,精度受到惯导体系的影响. 2)GPS导航.长处是全球性.全天候.持续周详导航与定位才能,及时性较一般.缺陷是易受电磁干扰;GPS体系吸收机的工作受飞翔器灵活的影响,比方GPS的旌旗灯号更新频率一般在1 Hz～2 Hz,假如飞翔器须要快速更新导航信息,单独搭载GPS体系就不克不及知足飞翔器更新信息的须要.3)多普勒导航.长处是自立性好,反响快,抗干扰性强,测速精度高,能用于各类气候前提和地形前提.缺陷是工作时必须发射电波,是以其隐藏性不好;体系工作受地形影响,机能与反射面的外形有关,如在程度面或戈壁上空工作时,因为反射性不好就会下降机能;精度受天线姿势的影响;测量有积聚误差,体系会随飞翔距离的增长而使误差增大.4)地形帮助导航.长处是没有累积误差,隐藏性好,抗干扰机能较强.缺陷是盘算量较大,及时性受到制约;工作机能受地形影响,合适升沉变更大的地形,不合适于在平原或者海面运用;同时还受气象影响,在大雾和多云等气象前提下导航后果不佳;请求飞翔器按照划定的路线飞翔,晦气于飞翔器的灵活性.5)地磁导航.地磁导航具有无源.无辐射.隐藏性强,不受敌方干扰.全天时.全天候.全地域.能耗低的优秀特点,导航不消失误差积聚,在跨海制导方面有必定的优势.缺陷是地磁匹配须要存储大量的地磁数据;及时性与盘算机处理数据的才能有关.二.组合导航组合导航是指把两种或两种以上的导航体系以恰当的方法组合在一路,运用其机能上的互补特点,可以获得比单独运用任一体系时更高的导航机能. 除了可以将以上介绍的导航技巧进行组合之外,还可以运用一些相干技巧定位进步精度,比方大气数据体系.航迹推算技巧等.1)INS/GPS组合导航体系组合的长处表示在:对惯导体系可以实现惯性传感器的校准.惯导体系的空中瞄准.惯导体系高度通道的稳固等,从而可以有用地进步惯导体系的机能和精度;对GPS体系来说,惯导体系的帮助可以进步其跟踪卫星的才能,进步吸收灵活态特点和抗干扰性.别的,INS/GPS分解还可以实现GPS完全性的检测,从而进步靠得住性.别的,INS/GPS组合可以实现一体化,把GPS吸收机放入惯导部件中,以进一步削减体系的体积.质量和成本,便于实现惯导和GPS 同步,减小非同步误差.INS/GPS组合导航体系是今朝多半无人飞翔器所采取的主流自立导航技巧.美国的全球鹰和捕食者无人机都是采取这种组合导航方法.2)惯导/多普勒组合导航体系这种组合方法既解决了多普勒导航受到地形身分的影响,又可以解决惯导自身的累积误差,同时在隐藏性上二者实现了较好的互补.3)惯导/地磁组合导航体系运用地磁匹配技巧的长期稳固性填补惯体系误差随时光累积的缺陷,运用惯导体系的短期高精度填补地磁匹配体系易受干扰等缺少,则可实现惯性/地磁导航,具备自立性强.隐藏性好.成本低.可用规模广等长处,是当前导航研讨范畴的一个热门.4)惯导/地形匹配组合导航体系因为地形匹配定位的精度很高,是以可以运用这种准确的地位信息来清除惯性导航体系长时光工作的累计误差,进步惯性导航体系的定位精度.因为地形匹配帮助导航体系具有自立性和高精度的凸起长处,将其运用于装载有多种图像传感器的无人机导航体系,构成惯性/地形匹配组合导航体系,将是地形匹配帮助导航技巧成长和运用的将来趋向.5)GPS/航迹推算组合导航体系航迹推算的基起源基本理:在GPS掉效情形下,根据大气数据盘算机测得的空速.磁航向测得的真北航向以及当地风速风向,推算出地速及航迹角.当GPS定位旌旗灯号中止或质量较差时,由航迹推算体系肯定无人机的地位和速度;当GPS定位旌旗灯号质量较好时,运用GPS高精度的定位信息对航迹推算体系进行校订,从而构成了高精度.高靠得住性的无人机导航定位体系,在以较高质量包管了飞翔安然和品德的同时,有用下降了体系的成本,使无人机摆脱对雷达.测控站等地面体系的依附.三.无人机导航技巧成长趋向1)研制新型惯导体系,进步组合导航体系精度新型惯导体系今朝已经研制出光纤惯导.激光惯导.微固态惯性内心等多种方法的惯导体系.跟着现代微机电体系的飞速成长,硅微陀螺和硅加快度计的研制进展敏捷,其成本低.功耗低.体积小及质量轻的特色很适于战术运用.跟着先辈的周详加工工艺的晋升和症结理论.技巧的冲破,会有多种类型的高精度惯导装配消失,组合制导的精度也会随之进步.2)增长组合因子,进步导航稳固机能将来无人机导航将对组合导航的稳固性和靠得住性提出更高的请求,组合导航因子将会有足够的冗余,不再依附于组合导航体系中的某一项或者某几项技巧,当个中的一项或者几项因子因为突发状况不克不及正常工作时,不会影响到无人机的正常导航需求.3)研发数据融会新技巧,进一步进步组合导航体系机能组合导航体系的症结器件是卡尔曼滤波器,它是各导航体系之间的接口,并进行着数据融会处理.今朝研讨人员正在研讨新的数据融会技巧,例如采取自顺应滤波技巧,在进行滤波的同时,运用不雅测数据带来的信息,不竭地在线估量和修改模子参数.噪声统计特点和状况增益矩阵,以进步滤波精度,从而得到对象状况的最优估量值. 此外,若何将神经收集人工智能.小波变换等各类信息处理办法引入以组合制导为焦点的信息融会技巧中正在引起人们的高度看重,这些新技巧一旦研制成功,势必进一步进步组合制导的分解机能.。