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无人(rén)机导航技(jì)术优缺(quē)点分析

 

目前在无人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、地形辅助导航以及地(dì)磁(cí)导航等。这些导航技术都有各自的(de)优缺点(diǎn),因此,在劲鹰无人机导航中(zhōng),要根据无人机担(dān)负的不(bú)同任务来选择合适的导航技(jì)术(shù)至关重要。

1惯性导航。优点是不依赖外界任(rèn)何信(xìn)息实现完全自主(zhǔ)的导(dǎo)航,隐蔽性好(hǎo),不受(shòu)外界干扰,不受地(dì)形影响,能够全天候工作。缺点是定位误差是随时间(jiān)积累的累(lèi)积误差,精(jīng)度受到惯导系统的影响。

2GPS导航(háng)。优点是(shì)全(quán)球(qiú)性、全天候、连(lián)续精密导航(háng)与定位能力,实时(shí)性较出(chū)色。缺点是易(yì)受电磁干扰;GPS系统接收机的(de)工(gōng)作(zuò)受飞(fēi)行(háng)器机(jī)动的影响,比如GPS的信号更(gèng)新频(pín)率一(yī)般在1 Hz2 Hz,如果飞(fēi)行器需要快速更新导航(háng)信息(xī),单独(dú)搭载GPS系统就不能满足飞行器更新信息(xī)的需要。

3多(duō)普(pǔ)勒(lè)导航。优点(diǎn)是自主性好,反(fǎn)应(yīng)快,抗干扰性强,测速精度高,能用于各种气候条件和地形(xíng)条(tiáo)件。缺点是工作时必须(xū)发射电波,因此(cǐ)其隐蔽性(xìng)不(bú)好;系(xì)统工作受地形(xíng)影(yǐng)响,性能与反射面(miàn)的形状(zhuàng)有关,如在水平面(miàn)或沙(shā)漠上空工作时(shí),由(yóu)于反(fǎn)射性不好就会降(jiàng)低(dī)性能;精度受天线姿态的影响(xiǎng);测(cè)量(liàng)有积累误差,系统会随飞行距离的增加而(ér)使(shǐ)误差增大。

4地(dì)形(xíng)辅助导航(háng)。优(yōu)点是(shì)没(méi)有累积误差(chà),隐蔽性好,抗干(gàn)扰性(xìng)能较强。缺点(diǎn)是计算量较大,实时性受到(dào)制约(yuē);工作性能受(shòu)地形影响,适合起伏变化大的(de)地形,不适宜(yí)于在平原或(huò)者海(hǎi)面使用;同时还受天气影响,在大雾和多云等天气(qì)条件下(xià)导航效果不(bú)佳;要求飞行器按照规定(dìng)的路线飞行,不利(lì)于飞行(háng)器的机动性。

5地(dì)磁导航。地磁导航具有无源(yuán)、无(wú)辐射、隐蔽性强,不受(shòu)敌方干扰、全天时、全天候、全地(dì)域、能耗低的优良特征,导航不存(cún)在(zài)误差(chà)积累,在跨海制(zhì)导方面有(yǒu)一定的优势。缺(quē)点是地磁匹配需要存(cún)储大量(liàng)的(de)地磁数(shù)据;实时性与计算机处理数据的能力有(yǒu)关。

6组合导航

组合导航是指把两种或(huò)两种以(yǐ)上的导(dǎo)航系统以适当的(de)方(fāng)式组(zǔ)合在一起(qǐ),利(lì)用其性能上(shàng)的互补特(tè)性,可以(yǐ)获得比单独使(shǐ)用任一系统时更高(gāo)的导航性能。除了(le)可以将以上介绍的导航技术(shù)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(jù)系统、航迹推算(suàn)技(jì)术等。

1.INS/GPS组合(hé)导航系统

组合的优(yōu)点表(biǎo)现(xiàn)在:对惯导系统可以实现惯性传(chuán)感器的校准、惯导(dǎo)系(xì)统(tǒng)的空中(zhōng)对准、惯(guàn)导系统高度通道的稳定等(děng),从而可以有效地(dì)提(tí)高惯导(dǎo)系统的性能和精(jīng)度;GPS系(xì)统来(lái)说,惯(guàn)导(dǎo)系(xì)统(tǒng)的辅助可(kě)以提高(gāo)其跟踪卫星的能(néng)力,提(tí)高接收机(jī)动态特(tè)性和(hé)抗干(gàn)扰性。另外,INS/GPS综(zōng)合还可以实现GPS完整(zhěng)性的检测,从而提高可(kě)靠性。另外,INS/GPS组合可以实(shí)现一体化,把GPS接收机放入惯导(dǎo)部(bù)件中,以进一步(bù)减少(shǎo)系统的(de)体积、质量和成本(běn),便(biàn)于实现惯(guàn)导和GPS同步,减小(xiǎo)非同(tóng)步误差。INS/GPS组合导航系统是目前(qián)多数(shù)无人飞行(háng)器所采用的(de)主流自主导航技术[7-8]。美国的(de)全球(qiú)鹰和(hé)捕食(shí)者无(wú)人机都是采用这种组合导航方式。

2.惯导/多普勒组(zǔ)合导航系统这(zhè)种(zhǒng)组合(hé)方式既解决(jué)了多普勒导航受到(dào)地形因(yīn)素的影响,又可以解决惯导(dǎo)自身的(de)累积误差,同时在隐蔽性上(shàng)二者实现了较好的互补。

3.惯(guàn)导/地磁组合导航系统

利用地磁(cí)匹(pǐ)配技术的(de)长期(qī)稳定性弥补惯(guàn)系统误差(chà)随时间累积的缺点,利用惯导系统的(de)短期高(gāo)精度弥补地(dì)磁匹配系统易受干扰等不(bú)足,则可实(shí)现惯(guàn)性/地(dì)磁(cí)导航,具(jù)备自(zì)主性强、隐蔽性(xìng)好、成本低、可用范围广(guǎng)等优点,是当前导航研究领域的一个热点。

4.惯(guàn)导/地(dì)形(xíng)匹配组合导航系统

由于地(dì)形匹配定位的(de)精度很(hěn)高,因此可以利用(yòng)这种精确的位置信息来(lái)消除惯性(xìng)导航系统(tǒng)长时间工作的(de)累计误(wù)差,提高惯性导(dǎo)航(háng)系统的定位精度。由(yóu)于(yú)地(dì)形(xíng)匹配辅助(zhù)导航系统具有自主性和高精度的(de)突出优点,将其应用于装载有多种图像传感器的无人机导航(háng)系统,构成惯性(xìng)/地形(xíng)匹配组(zǔ)合导航系统,将是地形匹配辅助导航技术发展和应用的未来趋势。

5.GPS/航(háng)迹(jì)推算组合导(dǎo)航系统

航迹推算的基(jī)本原理:GPS失效(xiào)情况下,依据大气数(shù)据计算机测得(dé)的空速、磁航向测得的真北航向以(yǐ)及当地风速风向,推算出地速(sù)及航迹角。当GPS定位信号(hào)中断(duàn)或质量(liàng)较差时,由航迹(jì)推算系(xì)统(tǒng)确定无人机的位置和(hé)速度;GPS定位信号质量较好时,利用GPS高(gāo)精度(dù)的定位信息对航迹推算系统(tǒng)进行校正,从而构成(chéng)了高精度(dù)、高可靠性的无人(rén)机(jī)导航定位系统,在(zài)以较(jiào)高质(zhì)量保证了飞行(háng)安全和品质的同(tóng)时,有(yǒu)效(xiào)降低了系统(tǒng)的成本,使(shǐ)无人(rén)机摆(bǎi)脱(tuō)对雷(léi)达(dá)、测控站等(děng)地(dì)面系统的依(yī)赖。

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