无人机导航技术

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2015/12/14,#,无 人 机 导 航 技 术,1,重 要 性,2,必要条件,对于操作者,对于无人机自身,目 录,无人机导航技术发展现状,常见的几类导航系统,全球鹰无人机导航系统分析,无人机导航,技术,的发展,趋势,3,无人机导航技术发展现状,惯性导航,捷联惯导系统（,SINS,）,主要导航系统,卫星导航,辅助导航设备,4,组合,导航,惯性,/,卫星定位组合,是一种比较,理想,的组合导航系统。在,无人机导航领域,，多年来惯性,/,卫星定位组合导航系统,的研究一直,受到普遍的关注，大量的理论研究成果得到实际应用。,.,常见的几类导航系统,单一导航,卫星导航系统,d ),多普勒导航,惯性导航系统,(INS),e ),图形匹配导航系统,无线电跟踪系统,f,),地磁导航,g),天文导航,5,2.,组合导航,INS,/ GPS,组合导航系统,惯导,/,多普勒组合导航系统,惯导,/,地磁组合导航系统,惯导,/,地形匹配组合导航系统,GPS /,航迹推算组合导航系统,6,卫星导航系统,全球范围内有影响,的卫星定位系统,:,7,8,卫星导航系统,（以,GPS,为例）,GPS,导航原理,9,惯性导航系统,10,分类：平台式惯导系统,&,捷联惯导系统,包含模块：计算机、加速度计、陀螺仪或其他运动传感器的平台,工作原理：,加速度 位置变化,速度变化,角速度 姿态变化 实现定位导航,初始条件,11,平台式惯导系统,捷联惯导原理图,12,惯导系统的特点,优点：,不依赖外界任何信息,实现完全,自主的,导航；,隐蔽性好；,不,受外界,干扰；,不受地形影响；,能够,全天候工作,。,B.,缺点,：,系统精度取决于单个,传感器精度，实际空间位置的漂移是不可避免,的，并随时,间,累积。,13,多普勒导航,14,多普勒导航系统是,利用,多普勒效应,实现,的，该系统由,磁罗盘或陀螺仪表,、,多普勒雷达,和,导航,计算机,组成。,磁,罗盘或陀螺仪表的作用类似于指北针，可测出无人机的航向角。,多普勒雷达,不断地沿着某方向向地面发出无线电波，利用无人机和地面有相对运动产生多普勒效应，测出雷达,发射,的电磁波和接收到的回波的,频率变化,，从而计算出无人机相对于地面的飞行速度，速度的方向就是该点航线的方向。,多普勒导航特点,优点：,自主性,好，反应快，,抗干扰性,强，测速精度高，能用于各种气候,条件。,缺点：,隐蔽性,不好,;,系统,工作受地形,影响；,测量,有,积累误差。,15,图形匹配导航,系统,（地形辅助导航）,预先将无人机经过的地域，通过大地测量、,航空摄影,或已有的地形图等方法将地形,数据（主要,是,地形,位置和高度,数据）制成,数字化地图，存贮在,机载计算机,中，当飞机飞越上述区域时，其上的探测,设备再次,对该区域进行测量并与预先存储的原图进行,比较,，确定实际位置和位置偏差，从而实现对无人机,的导航。,单纯,的图形匹配导航不能提供地理坐标,位置,，必须和其他导航方式进行组合，更多的是和,图形,/,惯性组合,。,图形,匹配导航可分为地形匹配,导航和,景像匹配导航两种,。,16,图形匹配导航优缺点,优点：没有,累积误差，,隐蔽性,好，抗干扰性能较强,。,缺点：,实时性,受到,制约；,工作,性能受地形,影响；,受,天气,影响；,飞行器,的机动性。,17,地磁导航,基本原理：,地磁场,是矢量场，在地球近地空间内任意,一点的,地磁矢量与其它地点的地磁矢量是不同的，且,与该,地点的经纬度是一一对应的。因此，理论上,只要知道,该点的地磁场矢量就可实现全球,定位。,分类：,地磁匹配（研究中更为广泛）,地形滤波,18,地磁导航特点,优点：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,方面有一定的优势,。,缺点：,地磁,匹配需要,存储大量,的地磁,数据；,实时性与计算机处理数据的,能力有关,地磁导航系统目前尚未成功应用于无人机（,2015.6,）,19,天文导航,天文导航是根据天体来测定飞行器位置和,航向的,导航技术,。,天体坐标位置,天体运动规律 飞机高度角 飞机位置,地平信息,特点：,1,）应用范围广（海陆空均可）,2,） 可靠性,高、自主性强、,隐蔽性好,20,构成,几何算法,天文导航自动化设备的一般构成,21,组合导航,组合导航是指把两种或两种以上的导航系统,以适当,的方式组合在一起，利用其,性能上的互补特性,可以获得比单独使用任一系统时更高的导航,性能。,除了可以将以上介绍的导航技术进行组合,之外,，还可以应用一些相关技术提高精度，比如,大气数据系统,、航迹推算技术等。,22,INS / GPS,组合导航系统,组合导航常以,INS,作为主导航系统，而将其他导航定位误差不随时间积累的,导航系统,，如无线电导航、天文导航、地形匹配导航和,卫星导航,等系统作为,辅助导航系统。,GPS,的低动态、窄带宽、高,精度,“黄金组合”,INS,的,高动态、,宽频带,、误差慢漂移,特性,典型应用案例：,全球鹰、捕食者,23,.,全球,鹰无人机导航,系统,分析,24,X-47B,雷神,法国神经元,HTV-2,导航系统的性能要求分析,精确,全球鹰无人机的定位精度可达,10 m,内,；,姿态角,精度,20,，,姿态,角分辨率优于,1,；,航向,角精度,1,；,航向,角分辨率优于,1,。,可靠,要求其具有极高的可靠性和自主性,可以在不同条件下调整导航系统以保证导航精度满足,要求,；,尽可能,保持,静默,，,以,使自己被发现、被攻击的可能性最小,。,长航,时,高空长航时无人机要飞行,数十小时，这,就需要导航系统的高度,稳定；,一些,可用于短程无人机的缓慢发散的导航方法并不适合高空长航时无人机。,25,导航系统总体方案分析,26,KN4072 INS/GPS,导航系统,设备硬件 大气数据系统,1.,导航系统组成,IMMC,信息融合算法,机载软件,故障检测隔离算法,全球鹰无人机整体导航示意图,2.,传感器配置特点,1,）使用,激光捷联惯导系统作为,惯性导航系统,优点：,准备时间短,角速度测量范围宽、线性度好,可靠性,好，价格,较,便宜,2,）,INS/GPS,采用一体化,设计,(KN4072),3,）开放式的传感器,管理,(IMMC),27,KN4072,实物图,总体方案特点分析,INS/GPS,组合系统作为主要导航系统,SINS/GPS/ADS,的组合导航系统,结构,大气数据系统,(ADS),是一,种自主、无源工作的系统,，,可靠性较高，而且不受高度、地形等因素的影响,，,在高空长航时无人机的全程都可以使用，因此，是,一种较为理想的信息源。,增强导航系统的容错性和,可靠性。,28,全球鹰无人机侦察范围能够覆盖,74 000 km,2,。超,强的续航能力和侦察能力使得全球鹰无人机,可以在,全球范围内执行多种任务。全球鹰无人机载有,的侦察,任务设备包括红外光电系统,合成孔径雷达,，,可,执行的侦察任务包括,长时间隐蔽在任务区域,高空侦察,敌方重要军事,目标,，如,机动导弹,发射架，或动态,监视敌军,行动，并,实时通过卫星与地面指挥,中心联系，为,前线作战提供最新信息,。,29,.,无人机导航,技术,的发展,趋势,应用新型惯导系统，提高导航,精度；,新型导航技术的不断发展，为无人机,导航,提供更多,选择；,增加导航组合因子，提高导航健壮,性；,面对不确知环境，具备智能性、自,适应性,的导航,能力。,30,31,Thank you for your time!,