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无人机导航技术优缺(quē)点分析

 

目前在无人机上采用(yòng)的导(dǎo)航(háng)技术主要包括惯性导航(háng)、卫(wèi)星导航、多(duō)普勒导航(háng)、地形辅助导航以及地磁导航等。这些导航技术都有各自的优缺(quē)点,因此,在(zài)劲鹰无(wú)人机导航中,要根据无人机担负的(de)不同任务来选(xuǎn)择合(hé)适的导(dǎo)航(háng)技术至关重要(yào)。

1惯性(xìng)导航(háng)。优点(diǎn)是不依赖外界任何信息实(shí)现(xiàn)完全自主的导航,隐蔽性好,不受外界干扰,不受(shòu)地形(xíng)影响,能(néng)够全天候工作。缺点是定位误差是随时间积累的累积误差,精度受到惯导系(xì)统的影响。

2GPS导航(háng)。优点是(shì)全球性(xìng)、全天(tiān)候、连续精密导航与定位能(néng)力,实(shí)时性较出色。缺点是易(yì)受电磁干(gàn)扰;GPS系统接收机的工作受飞行器机动的影响,比如GPS的(de)信(xìn)号更新频率一般在1 Hz2 Hz,如果飞行(háng)器(qì)需(xū)要快速(sù)更新导航信息,单独搭载GPS系(xì)统就不能满足飞行器更新(xīn)信息(xī)的(de)需要。

3多普(pǔ)勒导航。优(yōu)点是自主性好,反应快,抗干扰性强,测(cè)速精(jīng)度高,能用于各(gè)种(zhǒng)气候条件和地形条件。缺点是工(gōng)作时必须发射电波,因此其隐蔽性不(bú)好;系统工(gōng)作受地形(xíng)影响,性能与反射面的形状有(yǒu)关,如(rú)在水(shuǐ)平面或沙漠上(shàng)空(kōng)工作时(shí),由于反射(shè)性不好就会(huì)降(jiàng)低性能(néng);精度受天线姿态的影(yǐng)响;测(cè)量有积累误差,系统会随飞行距离的增加而使(shǐ)误差增大。

4地形辅助导航。优(yōu)点是没有累积误差(chà),隐蔽性好,抗干(gàn)扰性能较(jiào)强。缺点是计算(suàn)量较(jiào)大,实时性受到制约(yuē);工作性能(néng)受地形影响,适合(hé)起(qǐ)伏变化大的地(dì)形,不适宜(yí)于(yú)在平(píng)原或者海面使用;同时还受天(tiān)气影(yǐng)响,在大雾和多云等天气条件(jiàn)下导航效果不佳;要求飞行器(qì)按照规定的(de)路线(xiàn)飞行,不利(lì)于飞(fēi)行器的机动(dòng)性。

5地(dì)磁导航。地磁导(dǎo)航具(jù)有(yǒu)无源、无辐射、隐蔽性强,不受(shòu)敌方干扰、全天时(shí)、全天候、全地域、能耗低的(de)优良特征,导航不存在(zài)误差积累,在跨海制导方面有一(yī)定的优势。缺点是地磁匹配需要存储(chǔ)大量的(de)地磁(cí)数据;实时性与计算机处理数据的能力有关。

6组合导航(háng)

组合(hé)导航是指把两种(zhǒng)或两(liǎng)种以上的导航系统以适当的方式组合在(zài)一(yī)起(qǐ),利(lì)用其性能(néng)上的互补(bǔ)特性(xìng),可以获得比单独使用任一系(xì)统时更高的导航性能。除了可(kě)以将以上介绍的导航技术进行组合之外,还(hái)可以应用一(yī)些相关技术提高精度,比如大气数据系(xì)统、航迹(jì)推算技术等。

1.INS/GPS组(zǔ)合导(dǎo)航系统

组合的优点表现(xiàn)在:对惯导系统可(kě)以实现惯性(xìng)传感器的校准、惯导系统(tǒng)的空中(zhōng)对准、惯导系统高度通道(dào)的(de)稳(wěn)定等,从而可以有效地(dì)提高惯(guàn)导系(xì)统的性能和精(jīng)度;对(duì)GPS系统(tǒng)来说,惯导系统的辅助可以提高其跟踪卫星的能力,提高接收机动态特性和抗干扰性。另外,INS/GPS综(zōng)合还(hái)可以实现GPS完(wán)整性的检测,从而提高可靠性。另(lìng)外,INS/GPS组合可以(yǐ)实现一体化,把GPS接收机(jī)放入惯导部件中(zhōng),以(yǐ)进一步减少系统的体积、质量和(hé)成本,便于实现惯(guàn)导和GPS同步,减小(xiǎo)非同步误差。INS/GPS组合导航系统是目前(qián)多数(shù)无人飞行器所采(cǎi)用的(de)主流自主导航技术[7-8]。美国(guó)的全球鹰和捕食者无人机(jī)都是采用这(zhè)种组合导(dǎo)航方式。

2.惯导/多普勒组合导航系(xì)统这种(zhǒng)组合方式既解决了多普勒(lè)导航受到地形因素的影响,又(yòu)可以(yǐ)解决惯导自身的累积误差,同时在隐蔽性上二者实现了(le)较好的互补。

3.惯导/地磁组合导航(háng)系统

利用地磁匹配技术的(de)长期稳定(dìng)性弥补惯系统误差(chà)随时间累积的缺点,利(lì)用(yòng)惯导系(xì)统的短期高精度弥补地磁(cí)匹(pǐ)配系(xì)统易受(shòu)干(gàn)扰(rǎo)等(děng)不(bú)足,则(zé)可实(shí)现惯(guàn)性/地磁导航,具备自(zì)主性强、隐蔽性(xìng)好(hǎo)、成本低、可(kě)用范围广等优点,是当前导(dǎo)航研究领(lǐng)域的一个热点。

4.惯导/地形(xíng)匹配(pèi)组合导(dǎo)航系统

由于地形匹配定(dìng)位的精度很高,因此可以利用(yòng)这(zhè)种精确的位置信息来消除(chú)惯性导(dǎo)航系统长时间工作的累计误(wù)差,提高惯(guàn)性导航系统的定(dìng)位精度。由于地形(xíng)匹配辅助导(dǎo)航系统具有(yǒu)自主性和高(gāo)精(jīng)度的突(tū)出优点(diǎn),将其应用于装载(zǎi)有多种图像传感(gǎn)器的无人(rén)机导航系(xì)统,构成惯性/地形匹配组合导航系统,将是地(dì)形匹配辅助导(dǎo)航技(jì)术(shù)发展(zhǎn)和应用的未来趋势(shì)。

5.GPS/航迹推算组合导航系统

航迹推算的基(jī)本原理:GPS失效(xiào)情(qíng)况下,依据大气数(shù)据计算机测得的(de)空(kōng)速(sù)、磁航向测得的真北航向以及当地风(fēng)速风向,推算出地(dì)速及航迹角。当GPS定位信号中断或质量较差时,由航迹推算系统确定无(wú)人机的位置和速度;GPS定(dìng)位信号(hào)质量较好时,利用GPS高精度的定位信息(xī)对航(háng)迹推算系(xì)统(tǒng)进行校正(zhèng),从(cóng)而构成了高精度、高可靠性的无人机导航定位(wèi)系(xì)统,在以较高质量保证了飞行安全(quán)和品质的同时,有效(xiào)降(jiàng)低了(le)系(xì)统的成本,使无人机摆(bǎi)脱对雷达、测控站等地面(miàn)系(xì)统的依赖。

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