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无(wú)人机导航技术优缺(quē)点分析

 

目前在无人机上采(cǎi)用的导航技(jì)术(shù)主(zhǔ)要包括惯(guàn)性导(dǎo)航、卫星(xīng)导航、多(duō)普勒导航、地(dì)形辅助导航以及地磁导航等。这些导航技术(shù)都(dōu)有各自的优缺点,因(yīn)此,在劲(jìn)鹰无人(rén)机导航中,要(yào)根据无人机担(dān)负(fù)的(de)不同任务来选择合(hé)适的导航技术至关重要。

1、惯性导航。优点是不依赖外界任何信息实现完全自主(zhǔ)的导航,隐蔽性好,不受外界干扰,不受地形影响(xiǎng),能够全天(tiān)候工作。缺点是定位(wèi)误(wù)差(chà)是(shì)随时间积累(lèi)的(de)累积(jī)误差,精度受到惯导系统的影响。

2、GPS导航。优点是全球性、全天候、连续精密导航(háng)与定位能力(lì),实时性较出色。缺点是易受电磁干(gàn)扰;GPS系统接收机的工作(zuò)受飞行器机动的影响,比如GPS的信号更新频(pín)率一般在1 Hz2 Hz,如果飞行器需(xū)要快速更新导航(háng)信(xìn)息,单独搭(dā)载GPS系统就不能满足飞行器更新信息的(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,测速精度高,能用于各(gè)种气候条件和地形条件。缺点是工作时必(bì)须发射电(diàn)波,因此其隐蔽性不好(hǎo);系统工作受地形影响,性能与反射面的形(xíng)状有关,如在水平面或(huò)沙漠(mò)上空工作(zuò)时,由于反射性不好就会降低性能(néng);精度受天线姿态的影响;测量(liàng)有积累误差,系统会随飞行(háng)距(jù)离的增加而(ér)使误差增大。

4、地形辅助(zhù)导(dǎo)航。优点(diǎn)是没(méi)有累积误差,隐蔽性好,抗干扰性能较强。缺点是(shì)计算量较大(dà),实时(shí)性受到制约;工(gōng)作性能受地形(xíng)影(yǐng)响,适合起(qǐ)伏变化大的地形,不适宜于在平(píng)原或者(zhě)海(hǎi)面(miàn)使用;同时还受天气影响,在大雾和多云等天气(qì)条(tiáo)件下导航效果不佳(jiā);要求飞行器(qì)按照(zhào)规定的路线飞行,不(bú)利(lì)于飞(fēi)行器(qì)的机动性。

5、地磁导(dǎo)航(háng)。地磁导航(háng)具(jù)有无源、无(wú)辐(fú)射、隐(yǐn)蔽性强,不受敌方(fāng)干扰、全(quán)天时、全天候、全地域、能耗(hào)低的优(yōu)良特征,导航不存(cún)在误差积累,在(zài)跨海制导(dǎo)方面有(yǒu)一定的(de)优势。缺点是地磁匹(pǐ)配需要(yào)存储大(dà)量的(de)地磁数据;实时性(xìng)与计算机(jī)处(chù)理数据的能力有关。

6、组合导航(háng)

组(zǔ)合导航是(shì)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(yòng)任一系统时更高的导航性能。除了(le)可以将以(yǐ)上介绍(shào)的导航技术进行组合之外,还可(kě)以应用一些(xiē)相关技(jì)术提(tí)高精度,比如大(dà)气数(shù)据系统、航迹推算技(jì)术(shù)等。

1.INS/GPS组合导航系统

组合的优点表现在(zài):对惯导系统(tǒng)可以实现惯性传感器(qì)的校准、惯(guàn)导系统的(de)空(kōng)中对(duì)准(zhǔn)、惯导系统高(gāo)度通(tōng)道的稳定(dìng)等,从而可以有效地提高惯导系统的(de)性能和精度;GPS系统来说,惯导系统的辅助可(kě)以提(tí)高(gāo)其跟踪卫星的(de)能(néng)力,提高接收机动态特性和(hé)抗干扰性(xìng)。另外(wài),INS/GPS综(zōng)合还可(kě)以实现GPS完整性的检(jiǎn)测,从(cóng)而提高(gāo)可靠性。另外(wài),INS/GPS组合可以实现(xiàn)一体化,把GPS接(jiē)收机放(fàng)入惯导部件中,以进一步减少(shǎo)系(xì)统的体积、质量(liàng)和成本(běn),便于实现惯导和GPS同(tóng)步(bù),减小非同(tóng)步误差。INS/GPS组合导航系统是目前多(duō)数无(wú)人(rén)飞行器所采用(yòng)的主(zhǔ)流(liú)自(zì)主导航技术[7-8]。美国(guó)的全球鹰和捕食(shí)者无(wú)人机都是采用这种组合导航(háng)方式。

2.惯导/多普勒组合导(dǎo)航(háng)系统这种组合方式既解决了多普勒导(dǎo)航受到(dào)地(dì)形因素(sù)的影响,又可(kě)以解决惯导自身的累积误差,同时在隐蔽性上二(èr)者实现(xiàn)了较好的互补。

3.惯导/地磁组合导(dǎo)航系统

利用地磁匹配技术(shù)的(de)长期(qī)稳定(dìng)性弥补惯系统误(wù)差随(suí)时间累积的(de)缺点,利用惯导系统的短期高精(jīng)度弥补地磁匹配系统易(yì)受干扰(rǎo)等不足,则可实现惯性/地磁导航,具备自主性强、隐蔽性好、成本低、可用范围(wéi)广等优(yōu)点,是当前导(dǎo)航研究(jiū)领域(yù)的一个热点。

4.惯导(dǎo)/地形匹配组合(hé)导(dǎo)航系统

由于地形匹配定(dìng)位(wèi)的精度(dù)很高,因此可以(yǐ)利(lì)用这种精确的(de)位(wèi)置信息来消(xiāo)除惯性导航系(xì)统长时间工作的累计误差,提高惯性导航系统的定(dìng)位精度。由(yóu)于地形匹(pǐ)配辅(fǔ)助导航系(xì)统(tǒng)具有自(zì)主性和高精度的突出优(yōu)点,将其应用于装载(zǎi)有(yǒu)多(duō)种图像传感器的无人机导(dǎo)航系统,构成(chéng)惯性/地形匹(pǐ)配(pèi)组(zǔ)合导(dǎo)航系统,将是地形匹配辅助导航技(jì)术发(fā)展和应用的未来趋势。

5.GPS/航迹推算组合导(dǎo)航系(xì)统

航迹推(tuī)算(suàn)的(de)基本原理(lǐ):GPS失效情况下(xià),依(yī)据大(dà)气数(shù)据计算机测(cè)得的空速、磁航向测得的真北(běi)航向以及(jí)当地风速风向,推算(suàn)出地速及航迹角(jiǎo)。当GPS定位(wèi)信号中(zhōng)断或质量较差时,由航(háng)迹推(tuī)算(suàn)系统确定无人机的位置和速度;GPS定位信号质(zhì)量较好(hǎo)时,利(lì)用GPS高(gāo)精度的定位信(xìn)息对航迹推算系统进(jìn)行校正,从而构(gòu)成了高精(jīng)度、高(gāo)可靠性的无人机(jī)导航(háng)定位系统(tǒng),在(zài)以较高质量保证(zhèng)了飞行安全和品质的同时(shí),有效降低(dī)了系统(tǒng)的成本,使无人机摆脱对雷(léi)达、测(cè)控站(zhàn)等地面系(xì)统(tǒng)的依(yī)赖(lài)。

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