無人機(jī)5導(dǎo)航技術(shù)指南PPT

1、無人機(jī)導(dǎo)航技術(shù) 主講人：某某某CONTENTS目錄無人機(jī)導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀常見的幾類導(dǎo)航系統(tǒng)無人機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)分析無人機(jī)導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展趨勢01.無人機(jī)導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀慣性導(dǎo)航捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)（SINS）主要導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航輔助導(dǎo)航設(shè)備組合導(dǎo)航慣性/衛(wèi)星定位組合是一種比較理想的組合導(dǎo)航系統(tǒng)。在無人機(jī)導(dǎo)航領(lǐng)域，多年來慣性/衛(wèi)星定位組合導(dǎo)航系統(tǒng)的研究一直受到普遍的關(guān)注，大量的理論研究成果得到實(shí)際應(yīng)用。無人機(jī)導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀02.常見的幾種導(dǎo)航系統(tǒng)單一導(dǎo)航衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) d ) 多普勒導(dǎo)航慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS) e ) 圖形匹配導(dǎo)航系統(tǒng)無線電跟蹤系統(tǒng) f ) 地磁導(dǎo)航g) 天文導(dǎo)航2. 組合導(dǎo)航INS / GPS

2、 組合導(dǎo)航系統(tǒng) 慣導(dǎo) / 多普勒組合導(dǎo)航系統(tǒng) 慣導(dǎo) / 地磁組合導(dǎo)航系統(tǒng) 慣導(dǎo) / 地形匹配組合導(dǎo)航系統(tǒng) GPS / 航跡推算組合導(dǎo)航系統(tǒng)常見的幾類導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)全球范圍內(nèi)有影響的衛(wèi)星定位系統(tǒng):衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（以GPS為例）GPS導(dǎo)航原理分類：平臺(tái)式慣導(dǎo)系統(tǒng) & 捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)包含模塊：計(jì)算機(jī)、加速度計(jì)、陀螺儀或其他運(yùn)動(dòng)傳感器的平臺(tái)工作原理： 加速度 位置變化 速度變化 實(shí)現(xiàn)定位導(dǎo)航 角速度 姿態(tài)變化 初始條件慣性導(dǎo)航系統(tǒng) Description of the contents Description of the contents Description of the contents D

3、escription of the contents平臺(tái)式慣導(dǎo)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：不依賴外界任何信息實(shí)現(xiàn)完全自主的導(dǎo)航；隱蔽性好；不受外界干擾；不受地形影響；能夠全天候工作。B. 缺點(diǎn)：系統(tǒng)精度取決于單個(gè)傳感器精度，實(shí)際空間位置的漂移是不可避免的，并隨時(shí)間累積。捷聯(lián)慣導(dǎo)原理圖多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)是利用多普勒效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的，該系統(tǒng)由磁羅盤或陀螺儀表、多普勒雷達(dá)和導(dǎo)航計(jì)算機(jī)組成。磁羅盤或陀螺儀表的作用類似于指北針，可測出無人機(jī)的航向角。多普勒雷達(dá)不斷地沿著某方向向地面發(fā)出無線電波，利用無人機(jī)和地面有相對運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，測出雷達(dá)發(fā)射的電磁波和接收到的回波的頻率變化，從而計(jì)算出無人機(jī)相對于地面的飛行速度，速度的方向就

4、是該點(diǎn)航線的方向多普勒導(dǎo)航優(yōu)點(diǎn)：自主性好，反應(yīng)快，抗干擾性強(qiáng)，測速精度高，能用于各種氣候條件。缺點(diǎn)：隱蔽性不好; 系統(tǒng)工作受地形影響；測量有積累誤差多普勒導(dǎo)航特點(diǎn)預(yù)先將無人機(jī)經(jīng)過的地域，通過大地測量、航空攝影或已有的地形圖等方法將地形數(shù)據(jù)（主要是地形位置和高度數(shù)據(jù)）制成數(shù)字化地圖，存貯在機(jī)載計(jì)算機(jī)中，當(dāng)飛機(jī)飛越上述區(qū)域時(shí)，其上的探測設(shè)備再次對該區(qū)域進(jìn)行測量并與預(yù)先存儲(chǔ)的原圖進(jìn)行比較，確定實(shí)際位置和位置偏差，從而實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)的導(dǎo)航。單純的圖形匹配導(dǎo)航不能提供地理坐標(biāo)位置，必須和其他導(dǎo)航方式進(jìn)行組合，更多的是和圖形/慣性組合。圖形匹配導(dǎo)航可分為地形匹配導(dǎo)航和景像匹配導(dǎo)航兩種。圖形匹配導(dǎo)航系統(tǒng)（地形

5、輔助導(dǎo)航）優(yōu)點(diǎn)：沒有累積誤差，隱蔽性好，抗干擾性能較強(qiáng)。缺點(diǎn)：實(shí)時(shí)性受到制約；工作性能受地形影響； 受天氣影響；飛行器的機(jī)動(dòng)性圖形匹配導(dǎo)航優(yōu)缺點(diǎn)基本原理：地磁場是矢量場，在地球近地空間內(nèi)任意一點(diǎn)的地磁矢量與其它地點(diǎn)的地磁矢量是不同的，且與該地點(diǎn)的經(jīng)緯度是一一對應(yīng)的。因此，理論上只要知道該點(diǎn)的地磁場矢量就可實(shí)現(xiàn)全球定位。分類：地磁匹配（研究中更為廣泛）、地形濾波優(yōu)點(diǎn)：無源、無輻射、隱蔽性強(qiáng)，不受敵方干擾、全天時(shí)、全天候、全地域、能耗低的優(yōu)良特征，導(dǎo)航不存在誤差積累，在跨海制導(dǎo)方面有一定的優(yōu)勢。缺點(diǎn)：地磁匹配需要存儲(chǔ)大量的地磁數(shù)據(jù)；實(shí)時(shí)性與計(jì) 算機(jī)處理數(shù)據(jù)的能力有關(guān)地磁導(dǎo)航系統(tǒng)目前尚未成功應(yīng)用于無

6、人機(jī)（2015.6）地磁導(dǎo)航構(gòu)成幾何算法天文導(dǎo)航天文導(dǎo)航是根據(jù)天體來測定飛行器位置和航向的導(dǎo)航技術(shù)。天體坐標(biāo)位置天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律 飛機(jī)高度角 飛機(jī)位置地平信息特點(diǎn)：1）應(yīng)用范圍廣（海陸空均可） 2） 可靠性高、自主性強(qiáng)、隱蔽性好天文導(dǎo)航自動(dòng)化設(shè)備的一般構(gòu)成組合導(dǎo)航是指把兩種或兩種以上的導(dǎo)航系統(tǒng)以適當(dāng)?shù)姆绞浇M合在一起，利用其性能上的互補(bǔ)特性可以獲得比單獨(dú)使用任一系統(tǒng)時(shí)更高的導(dǎo)航性能。除了可以將以上介紹的導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)行組合之外，還可以應(yīng)用一些相關(guān)技術(shù)提高精度，比如大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)、航跡推算技術(shù)等。組合導(dǎo)航組合導(dǎo)航常以 INS 作為主導(dǎo)航系統(tǒng)，而將其他導(dǎo)航定位誤差不隨時(shí)間積累的導(dǎo)航系統(tǒng)，如無線電導(dǎo)航、天文導(dǎo)航

7、、地形匹配導(dǎo)航和衛(wèi)星導(dǎo)航等系統(tǒng)作為輔助導(dǎo)航系統(tǒng)。GPS 的低動(dòng)態(tài)、窄帶寬、高精度 “黃金組合”INS的高動(dòng)態(tài)、寬頻帶、誤差慢漂移特性典型應(yīng)用案例：全球鷹、捕食者INS / GPS 組合導(dǎo)航系統(tǒng)03.無人機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)分析精確全球鷹無人機(jī)的定位精度可達(dá)10 m內(nèi)；姿態(tài)角精度20，姿態(tài)角分辨率優(yōu)于1；航向角精度1；航向角分辨率優(yōu)于1?？煽恳笃渚哂袠O高的可靠性和自主性,可以在不同條件下調(diào)整導(dǎo)航系統(tǒng)以保證導(dǎo)航精度滿足要求；盡可能保持靜默，以使自己被發(fā)現(xiàn)、被攻擊的可能性最小。長航時(shí) 高空長航時(shí)無人機(jī)要飛行數(shù)十小時(shí)，這就需要導(dǎo)航系統(tǒng)的高度 穩(wěn)定；一些可用于短程無人機(jī)的緩慢發(fā)散的導(dǎo)航方法并不適合高空長航時(shí) 無

8、人機(jī)。 導(dǎo)航系統(tǒng)的性能要求分析 KN4072 INS/GPS導(dǎo)航系統(tǒng) 設(shè)備硬件 大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng) 1.導(dǎo)航系統(tǒng)組成 IMMC 信息融合算法 機(jī)載軟件 故障檢測隔離算法 導(dǎo)航系統(tǒng)總體方案分析1）使用激光捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)作為慣性導(dǎo)航系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：準(zhǔn)備時(shí)間短角速度測量范圍寬、線性度好可靠性好，價(jià)格較便宜2）INS/GPS采用一體化設(shè)計(jì)(KN4072)3）開放式的傳感器管理(IMMC)傳感器配置特點(diǎn)INS/GPS組合系統(tǒng)作為主要導(dǎo)航系統(tǒng)SINS/GPS/ADS的組合導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)(ADS)是一種自主、無源工作的系統(tǒng)，可靠性較高，而且不受高度、地形等因素的影響，在高空長航時(shí)無人機(jī)的全程都可以使用，因此，是一種較為理想的信息源。增強(qiáng)導(dǎo)航系統(tǒng)的容錯(cuò)性和可靠性?？傮w方案特點(diǎn)分析全球鷹無人機(jī)偵察范圍能夠覆蓋74 000 km2。超強(qiáng)的續(xù)航能力和偵察能力使得全球鷹無人機(jī)可以在全球范圍內(nèi)執(zhí)行多種任務(wù)。全球鷹無人機(jī)載有的偵察任務(wù)設(shè)備包括紅外光電系統(tǒng),合成孔徑雷達(dá)，可執(zhí)行的偵察任務(wù)包括長時(shí)間隱蔽在任務(wù)區(qū)域高空偵察敵方重要軍事目標(biāo)，如機(jī)動(dòng)導(dǎo)彈發(fā)射架，或動(dòng)態(tài)監(jiān)視敵軍行動(dòng)，并實(shí)時(shí)