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无人(rén)机导航技术优缺点分析

 

目前(qián)在无(wú)人机上采用的导(dǎo)航(háng)技术主要包(bāo)括惯性导航(háng)、卫(wèi)星导航、多普勒导航、地形辅助导航以及地磁导航等(děng)。这(zhè)些导航(háng)技术都有(yǒu)各自的优(yōu)缺点,因此,在劲鹰无(wú)人机导航(háng)中,要根据无人(rén)机担负的不(bú)同任务来选择合适的(de)导(dǎo)航技术至关重要。

1惯性导航。优点是不(bú)依赖外界任何信息实现完全(quán)自主的导航,隐蔽性好,不受外界干扰,不受地形影响,能(néng)够全天候工作。缺(quē)点是定位(wèi)误差是随时间(jiān)积累的累积(jī)误差,精度受到惯导系统的影响。

2GPS导航。优点是全球性、全天候、连续精密(mì)导航与(yǔ)定位能力(lì),实(shí)时性较出色。缺(quē)点是易(yì)受电磁干(gàn)扰(rǎo);GPS系统接收机的工作受飞行器机动的影响,比如GPS的信号更新频率一般在1 Hz2 Hz,如果飞行器需要快速更新导(dǎo)航(háng)信息,单(dān)独搭载GPS系(xì)统就不能满足飞行器更新信息的需要。

3多普勒导航。优点是自(zì)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和(hé)地形条(tiáo)件。缺点是工(gōng)作(zuò)时必须发射(shè)电波(bō),因此其隐(yǐn)蔽性不好;系统工(gōng)作(zuò)受地形影响,性(xìng)能(néng)与反射面的形状(zhuàng)有关,如在水平面或沙漠上空工作时(shí),由于反射性(xìng)不好就会降低性能;精度受天线(xiàn)姿态的影响(xiǎng);测量有积累(lèi)误差,系统会随飞行距离(lí)的增加(jiā)而使误差增大。

4地形(xíng)辅(fǔ)助导航。优点是没有累积误差,隐蔽性(xìng)好,抗干扰性能较强。缺点是(shì)计算(suàn)量较大,实时性受到制约;工作性能受地形影响,适合起伏变化大的地形,不适宜于在平原或者海面使用;同时还(hái)受天气影响,在(zài)大雾和(hé)多云等(děng)天气条(tiáo)件下导航效果不佳;要求飞行器按照规定的路线飞行(háng),不利于飞行器的(de)机动(dòng)性(xìng)。

5地磁(cí)导航(háng)。地磁导航具有无源、无辐射、隐蔽性强,不(bú)受敌方干扰(rǎo)、全天时、全天候、全地域、能耗低(dī)的(de)优良特征,导航不存(cún)在误差积累,在跨海制导方面有(yǒu)一定的优势。缺(quē)点(diǎn)是地磁(cí)匹(pǐ)配需要存(cún)储大(dà)量的地磁数据;实时性(xìng)与(yǔ)计(jì)算机处理数据(jù)的能力(lì)有关。

6组合导(dǎo)航

组合导航是指把(bǎ)两种或两(liǎng)种以上的导航系统以适当的方式(shì)组合在一(yī)起,利用其性能上(shàng)的互补特性,可以获得比单独使用任一系(xì)统时更高的导航性能。除(chú)了可以将以(yǐ)上介(jiè)绍(shào)的导(dǎo)航(háng)技术进行组合(hé)之外,还(hái)可(kě)以应用一些相关(guān)技术提高精(jīng)度,比如大气数据系统、航迹推(tuī)算技术等。

1.INS/GPS组(zǔ)合导(dǎo)航系统

组合的优点(diǎn)表现在:对惯导(dǎo)系统(tǒng)可以实现惯性传感器的校(xiào)准、惯(guàn)导(dǎo)系统的空中对准、惯导(dǎo)系(xì)统高度通道的稳定等(děng),从(cóng)而可(kě)以有效地(dì)提高(gāo)惯导系统的性能和精度;GPS系(xì)统(tǒng)来说,惯(guàn)导系统的辅助可以提高其跟踪卫星的能(néng)力,提(tí)高接收机(jī)动态特性和抗(kàng)干扰性。另外,INS/GPS综(zōng)合还可(kě)以实现GPS完整性的检测,从而提高可靠性。另外,INS/GPS组合可以实现一(yī)体化,把GPS接收(shōu)机放入惯导部件中,以进一(yī)步减少系统的体积、质量(liàng)和成本,便(biàn)于(yú)实现惯导(dǎo)和GPS同步(bù),减小(xiǎo)非同步(bù)误差。INS/GPS组合(hé)导航系统(tǒng)是目前多数无人飞行器所采(cǎi)用的(de)主流自主导航(háng)技术[7-8]。美(měi)国的全球鹰和(hé)捕(bǔ)食者无人机都是采用(yòng)这种(zhǒng)组合导(dǎo)航方(fāng)式。

2.惯导/多(duō)普勒组合导航系统这种组合方式既解决了多普勒导航受到地形因素的影响(xiǎng),又(yòu)可以解决惯导自(zì)身的累积误(wù)差,同时在(zài)隐蔽性上二者(zhě)实现了较好的互补。

3.惯导/地磁组合导航系统

利用地磁匹配(pèi)技术的长期稳定(dìng)性(xìng)弥补(bǔ)惯系统误差随时间累积的(de)缺点,利用惯导系统的短期高(gāo)精度(dù)弥补地磁匹(pǐ)配(pèi)系统易(yì)受干(gàn)扰(rǎo)等不足,则可实现惯性/地磁导航,具备(bèi)自(zì)主性(xìng)强、隐蔽性好、成本低、可用范围广等优点,是当前导航(háng)研究领域的一(yī)个热点。

4.惯(guàn)导(dǎo)/地(dì)形(xíng)匹配组(zǔ)合导(dǎo)航系统

由于地形匹配定(dìng)位的精度(dù)很高,因此可(kě)以利用这种精确(què)的位置信息来消除(chú)惯性导航(háng)系统长(zhǎng)时间工作的累计(jì)误差(chà),提高惯性导航系统的定位精度。由于地形匹(pǐ)配辅助导航系统具(jù)有自(zì)主性和(hé)高精度的(de)突出优点(diǎn),将其(qí)应用于装载有多种图像传感器的(de)无人机导航系统,构成惯性/地形(xíng)匹配(pèi)组合导航(háng)系统(tǒng),将(jiāng)是地形(xíng)匹(pǐ)配辅助导航技术(shù)发(fā)展和应用的未来趋势。

5.GPS/航迹推算组合(hé)导航系统

航(háng)迹推算(suàn)的基本原(yuán)理:GPS失效情况下,依据大(dà)气数(shù)据计算机测得的(de)空速、磁航(háng)向测得的真北航向以及(jí)当地风速(sù)风向,推(tuī)算出地(dì)速(sù)及航迹(jì)角。当GPS定位信号中断(duàn)或质量(liàng)较差时,由航迹推算系统确定无人(rén)机(jī)的位置和速度;GPS定位信号(hào)质量较好时,利用GPS高精度的定位信息对航迹(jì)推算系统进行校正,从而构成了高(gāo)精(jīng)度、高可靠(kào)性的无人机导航定位系统,在以较高质量保证了(le)飞行安全和品(pǐn)质的同时(shí),有效降低了系统的成本,使无人(rén)机摆脱(tuō)对雷(léi)达(dá)、测控站等地面系统的(de)依赖。

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