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无人机导航技术优缺点分析

 

目(mù)前在无人(rén)机上采用的(de)导(dǎo)航技术主要包括惯性导航、卫(wèi)星(xīng)导(dǎo)航、多普勒导(dǎo)航、地形辅助导航以及地磁导航等。这些导航技(jì)术都有各自的优缺点,因(yīn)此,在劲鹰(yīng)无人机导(dǎo)航中,要(yào)根据无人(rén)机担负的不同(tóng)任务来选择合适的导(dǎo)航技术至关重(chóng)要。

1惯性(xìng)导航。优点(diǎn)是不依赖外界任何(hé)信(xìn)息实现完(wán)全自主的导航,隐蔽性好,不受(shòu)外界干扰,不(bú)受地形影响,能(néng)够全天候工作。缺点是定位误差是随时间(jiān)积累的(de)累积误差(chà),精度受到惯导系统(tǒng)的影响。

2GPS导(dǎo)航(háng)。优点是全球性、全(quán)天候、连续精密导航与定位(wèi)能力,实时性(xìng)较(jiào)出色。缺点是易(yì)受电(diàn)磁干扰;GPS系统(tǒng)接收(shōu)机的工作受(shòu)飞行器(qì)机动的影响(xiǎng),比如GPS的信号更新频率一般在(zài)1 Hz2 Hz,如果飞行(háng)器需要快(kuài)速更新导航信息,单独搭载GPS系统(tǒng)就不能满(mǎn)足飞行器更新信息(xī)的需要(yào)。

3多普勒导航。优点是自主性好,反应(yīng)快,抗干扰性强,测速精度高,能用(yòng)于各种(zhǒng)气(qì)候条件和地(dì)形条件。缺点(diǎn)是工作(zuò)时必须发射电波,因此其隐蔽性不(bú)好;系(xì)统(tǒng)工(gōng)作受地形影响,性能与反射面的形状(zhuàng)有关,如在水平面或沙漠上空工作时,由于反射性不好(hǎo)就会(huì)降低性能;精度受天线姿态的(de)影响;测量(liàng)有积(jī)累误差(chà),系统会随飞行距离的增加而(ér)使误差增大(dà)。

4地形辅助导(dǎo)航。优点是没有累积误差,隐蔽性好,抗干扰性能较强。缺点是计(jì)算(suàn)量(liàng)较大,实时(shí)性(xìng)受到制约;工作性能受地形影(yǐng)响,适合起伏变化大的地形,不适宜于在平原或(huò)者海面使用;同时还(hái)受天气影响,在(zài)大(dà)雾和(hé)多云等(děng)天气条件下导(dǎo)航(háng)效果不佳(jiā);要求飞行器按照(zhào)规定的路线飞行,不利于飞行器的机动性。

5地磁导(dǎo)航。地磁导航具有(yǒu)无源、无(wú)辐(fú)射、隐(yǐn)蔽性(xìng)强(qiáng),不(bú)受(shòu)敌方(fāng)干(gàn)扰、全(quán)天时、全天候、全地(dì)域、能耗低的优良(liáng)特征,导航(háng)不存在误差积累,在跨海制导方面(miàn)有一定的优势。缺点(diǎn)是(shì)地(dì)磁匹配需要(yào)存储大量的(de)地磁(cí)数据;实(shí)时性与计算机处理数据的能力(lì)有关。

6组合导航

组合导航是指把两种或两种以上的导航系统(tǒng)以适当的方式组(zǔ)合在(zài)一起,利(lì)用其性(xìng)能上(shàng)的互补特性,可以获得比单独(dú)使用任一系(xì)统时更高的导航性能。除(chú)了可以将以上(shàng)介绍的导航技术进行组合之外,还可以应用一些相(xiàng)关技术提高精度(dù),比如大气数据系统、航迹推算技术等(děng)。

1.INS/GPS组(zǔ)合导(dǎo)航系统

组合的优点表现在:对惯导系统可以实现惯性(xìng)传(chuán)感器的校准、惯导系(xì)统的(de)空中(zhōng)对(duì)准、惯导系统高度通道的稳(wěn)定等,从而可以(yǐ)有效地提高惯导系统的性能和(hé)精(jīng)度;对(duì)GPS系(xì)统(tǒng)来(lái)说,惯(guàn)导系统的辅助可以提高其跟踪卫星的能力,提(tí)高接收机动态特性和抗干扰性。另外,INS/GPS综合(hé)还可以实(shí)现(xiàn)GPS完整(zhěng)性的检测,从而提(tí)高可(kě)靠性。另外,INS/GPS组合可以实现一(yī)体化,把GPS接收机放入惯导部件中(zhōng),以(yǐ)进一步减少系统的(de)体积、质量和(hé)成本,便于实现惯导和GPS同步,减小(xiǎo)非(fēi)同步误差(chà)。INS/GPS组合导航系统是目(mù)前多数无人(rén)飞行器所采用的(de)主流自主导(dǎo)航技术[7-8]。美国的全球鹰和捕(bǔ)食者无人机都是(shì)采(cǎi)用这种组合导航方(fāng)式。

2.惯(guàn)导/多普勒组合导航系(xì)统这(zhè)种组(zǔ)合方式既(jì)解(jiě)决了多普勒导航受到地形因素的影响,又可以解(jiě)决惯导自身的累积误差,同时(shí)在隐蔽性上二者实现了较(jiào)好的互补。

3.惯导/地磁组合导航系统(tǒng)

利用地磁匹配技术的长期稳定性弥补惯系统误差随(suí)时(shí)间累积的缺(quē)点,利用惯导系统(tǒng)的短期高精度弥补地(dì)磁匹配系统易受干扰(rǎo)等(děng)不足,则可实(shí)现惯性/地磁导航,具备自主性强、隐(yǐn)蔽性好、成本低、可(kě)用(yòng)范围广(guǎng)等优点,是当前导航研(yán)究领域的一个热点。

4.惯导/地形匹配组合导航系统

由于地形(xíng)匹配定位的精度很高,因此可以(yǐ)利(lì)用(yòng)这种精确的位置信息来(lái)消除惯性导航系(xì)统长时间工作的累计误差,提高惯性导航(háng)系统的定位精度。由于(yú)地形匹配辅助导航系统具有自(zì)主性和高精度的突出优点,将(jiāng)其应用于装载有多(duō)种图像(xiàng)传感(gǎn)器的无人机导(dǎo)航系(xì)统,构(gòu)成惯性/地形匹配组合导航系(xì)统,将是地形匹配辅助(zhù)导航技术发展和应用的未(wèi)来趋势。

5.GPS/航迹推算组合导(dǎo)航系统

航迹(jì)推算的基本原理:GPS失效情况(kuàng)下,依(yī)据大气(qì)数据计算机测得的空速、磁航向测得的真北(běi)航向以及当地风速风(fēng)向,推算出地速及航迹角。当GPS定位信号中断或质量较(jiào)差时,由航迹推算系统确定无人机的位置和速(sù)度;GPS定位(wèi)信号质量(liàng)较好时,利用GPS高精度(dù)的定位信息对航(háng)迹推(tuī)算系统进行校正,从而构成了高精度、高可靠性的无人机导(dǎo)航(háng)定(dìng)位系(xì)统(tǒng),在以较高质(zhì)量保证了飞(fēi)行安(ān)全和(hé)品(pǐn)质的同(tóng)时,有效降(jiàng)低(dī)了系统的成本(běn),使无人机摆脱(tuō)对雷(léi)达、测控(kòng)站等地面系统的依赖。

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