目前(qián)在无人(rén)机上采用的导航技术主要包括惯性导航、卫星导航、多普勒导航、地形(xíng)辅助导航以及地磁(cí)导航等。这些导航技术都有各自的优缺(quē)点,因此,在劲(jìn)鹰(yīng)无人机导(dǎo)航中,要根(gēn)据无人机担(dān)负的不同(tóng)任务来选(xuǎn)择(zé)合适(shì)的导航技(jì)术至关重要。
1、惯性导航。优(yōu)点(diǎn)是不依赖外界任(rèn)何信息实现完全自(zì)主的导航(háng),隐(yǐn)蔽性好(hǎo),不(bú)受外界干扰(rǎo),不受地形影响,能够全天候工作。缺点是定位(wèi)误差(chà)是随时间积累的累积误差,精度受(shòu)到惯(guàn)导系统的(de)影响。
2、GPS导航(háng)。优点是全球性、全天候、连续精密(mì)导(dǎo)航(háng)与定(dìng)位能(néng)力,实时性较出色。缺点是易受电磁(cí)干扰;GPS系(xì)统接收机的工作受飞(fēi)行器机动(dòng)的影(yǐng)响,比(bǐ)如GPS的信号更新频率(lǜ)一般在1 Hz~2 Hz,如果飞行器需(xū)要快速更新导(dǎo)航信(xìn)息,单独搭载GPS系统就不能(néng)满足飞行器(qì)更新信息(xī)的需要。
3、多普勒导航(háng)。优点是(shì)自(zì)主性好(hǎo),反应(yīng)快,抗干扰性强,测速精度高,能用于各种气候(hòu)条(tiáo)件和地(dì)形条件。缺点(diǎn)是工作(zuò)时必须发射电波,因此其隐蔽性(xìng)不好;系(xì)统工作(zuò)受地形影(yǐng)响(xiǎng),性能与反射面的形状有关,如在(zài)水平面或沙漠(mò)上空工作时,由于反射性不好就会(huì)降低性能;精(jīng)度受天(tiān)线姿态的影响;测(cè)量有积累误差,系统(tǒng)会随飞行(háng)距离的增加而(ér)使误差增大。
4、地(dì)形辅助导航。优点是没有累(lèi)积误(wù)差,隐蔽性好,抗干扰性(xìng)能较强。缺点是计算量较大,实时性(xìng)受到制约;工作性能受(shòu)地形影响,适(shì)合起伏变化大的地形,不(bú)适(shì)宜于在平原或者海(hǎi)面使用;同(tóng)时还受(shòu)天气影响,在大雾和多云等天气(qì)条件(jiàn)下导航效(xiào)果不佳;要求飞行器按照规定(dìng)的路线飞行,不利于飞行器的机动性。
5、地磁导航(háng)。地(dì)磁导航(háng)具有无源、无辐射、隐蔽性强,不受敌方干扰、全天时、全天候、全地域、能耗低的优良特征,导航不存在误差积累,在跨海制导(dǎo)方(fāng)面(miàn)有一定的优势。缺点是地(dì)磁匹(pǐ)配需要存(cún)储大量的地磁数据;实时性与计算机处理数据的能力有关。
6、组(zǔ)合导航
组合(hé)导航是指把两(liǎng)种或两(liǎng)种以上的导航(háng)系统以适当(dāng)的(de)方式(shì)组(zǔ)合在一(yī)起,利(lì)用其性能上的(de)互补特性,可以获得比单独使用任一系统时更高的导航性能。除了(le)可以将以上(shàng)介绍的导航技术进行组合之(zhī)外,还可(kě)以应用一些相关技术提(tí)高精(jīng)度(dù),比如(rú)大气数(shù)据(jù)系统(tǒng)、航迹推算技术等。
1.INS/GPS组合导航系(xì)统
组合的优点表现在:对(duì)惯导系统可以实现惯性传(chuán)感器的校准、惯导系统(tǒng)的空中对准、惯导系统高度通道(dào)的稳定等(děng),从而可(kě)以有(yǒu)效地提(tí)高惯(guàn)导系统的性能和精(jīng)度;对GPS系统来(lái)说(shuō),惯导(dǎo)系统的辅助可以提高(gāo)其(qí)跟踪卫星的能力,提高接收(shōu)机动态特性和抗干扰(rǎo)性(xìng)。另外(wài),INS/GPS综合还(hái)可以实现(xiàn)GPS完(wán)整性的检测,从而提高(gāo)可靠性。另外,INS/GPS组(zǔ)合可(kě)以实现一体化,把GPS接收机放入惯(guàn)导部件(jiàn)中,以进一步减少系(xì)统的体积、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(zǔ)合导航(háng)系统是目前多(duō)数(shù)无人飞行(háng)器所采用的主(zhǔ)流自主导航技(jì)术[7-8]。美国的(de)全球鹰和捕食者无人机都是采用这种组合导(dǎo)航方(fāng)式(shì)。
2.惯导/多普勒组(zǔ)合导航系统这种组合(hé)方式既(jì)解决了多普勒导航受(shòu)到地形因素的影响,又可以(yǐ)解决惯导自(zì)身的(de)累积误差,同时在隐蔽性上二者实现了较好的互补。
3.惯导/地磁(cí)组合导航系统
利用地磁匹配技术(shù)的长期稳(wěn)定性弥补惯系统误差随时间累(lèi)积的缺点,利(lì)用惯导系(xì)统的(de)短期高精度弥(mí)补地磁(cí)匹配系统易(yì)受干扰等不足,则可实现(xiàn)惯(guàn)性/地磁导航,具备自主性强、隐蔽(bì)性好、成本(běn)低、可用范围广等优(yōu)点(diǎn),是当前导航研究领域的一个热点。
4.惯导/地形匹(pǐ)配组合导航系统(tǒng)
由于地(dì)形匹配定位的精度很(hěn)高,因(yīn)此可以利用(yòng)这种精确的位置信息来消除惯性(xìng)导航系统(tǒng)长时(shí)间工(gōng)作的累计误(wù)差,提高(gāo)惯性(xìng)导航系统的(de)定位精度。由于地形匹配辅助导航系统具有自主(zhǔ)性和高精度的突出优点(diǎn),将其应用于(yú)装载有(yǒu)多(duō)种(zhǒng)图像传(chuán)感器(qì)的无人机导航系(xì)统,构成(chéng)惯性(xìng)/地形匹配组合导航系统,将是地形匹配辅助导航技(jì)术发展和(hé)应用的(de)未(wèi)来趋(qū)势。
5.GPS/航迹(jì)推算组合导航系统
航(háng)迹推(tuī)算的基本原理:在GPS失效情(qíng)况下,依据大气数(shù)据计算机测得的空速(sù)、磁(cí)航向(xiàng)测得的真(zhēn)北航向以及当地风速风向(xiàng),推算(suàn)出地(dì)速及航迹角。当GPS定位信号中断或(huò)质量(liàng)较差时,由航(háng)迹推算系统确定无人机的位(wèi)置和速度;当GPS定位信号质量较好时,利用GPS高精度(dù)的定位信(xìn)息对航迹推算(suàn)系统进(jìn)行校正,从而(ér)构成了高(gāo)精度、高可靠性的无人机导(dǎo)航定位系统,在以较高质量保证(zhèng)了飞行安全和(hé)品质的同时,有(yǒu)效降低了系(xì)统的成本,使无人机摆(bǎi)脱对雷(léi)达、测控站等(děng)地面系(xì)统的(de)依赖。

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