无人机长航时组合导航方法

朱罡 张源麟 魏云鹏

【摘要】当前，高空长航时无人机已经成为了一种新型的侦查手段，这项技术在现代战争之内发挥的作用是非常明显的，而高空长航时无人机之内的一个关键性技术就是导航系统，所以这项技术也得到了很大的发展。本文主要研究了高空长航时无人机组合导航系统的算法和方案以及模型。

【关键词】无人机组合导航系统;高空长航时;卫星导航

前言

无人驾驶飞机是一种航空飞行器，但是不会载人，主要就是对外部控制站利用，将遥控指令发出，或者是对机载控制系统自主控制应用，将执行任务操纵。无人机和有人机相比较来说，重量比较轻，而且会使用较低的费用，具有较强的适应性，而且也不会对人身安全造成威胁，避免出现安全事故。

1无人机技术的发展现状

组合导航就是对不同的导航系统利用，测量同一导航信息源，不同的导航设备具有不同的性能，这些设备之间就可以互补，通过比较这些测量值，可以将系统之间的误差提取出来，并且将这些误差矫正，这是可以帮助将导航系统性能不断提高的一项技术。对组合导航技术应用的导航系统就是组合导航系统，组合导航系统比任意一个单一导航系统的导航性能更高。现代飞行器可以对多种不同的导航设备以及导航传感器应用，惯性导航系统以及捷联惯导技术在导航系统之内，抗干扰能力以及自主能力非常高，可以将比较完整以及具有较高连续性的数据还有具有较高更新率的导航信息提供，所以现代飞行器以及无人机使用的主要的导航系统就是这种导航传感器。但是随着时间的不断增长，这一系统的导航精度也会不断的降低，这会导致在高自主性飞行器领域之内无法应用惯性系统。但是卫星导航手段具有全天候以及高精度和连续性还有覆盖范围较广等特点，已经可以比较理想的对惯性系统产生辅助作用。

惯性或者卫星定位的组合方案可以将不同子系统的缺点克服，而且比两个子系统单独将工作开展的性能具有更强的可靠性，还可以将导航设备的一体化实现，不断的减少系统的成本和系统的重量以及系统的体积。所以，这种卫星组合相对来说比较理想，这一组合导航系统的研究也一直在无人机领域受到比较多的关注，并且已经对很多的理论研究成果开展了应用。

2导航系统总体方案

2.1传感器配置特点

无人机导航系统的组成部分就是机载软件和设备硬件，上个世纪八十年代之后，一些发达国家的飞机就已经对激光陀螺捷联式惯导系统应用，这种系统和别的系统相比较来说，具有较短的准备时间，因为激光陀螺惯导系统对温度补偿技术应用，所以对正常的罗京法应用开展对准工作，只需要四分钟或者五分钟就可以完成，只需要一分钟就可以对其快速启动。而且激光陀螺捷联式惯导系统具有比较宽的角速度测量范围，而且具有较好的线性度，从原理的角度来看，激光陀螺惯导系统比较容易将需要测量的飞机的最大角速度测量，比较容易将测量要求满足。激光陀螺捷联式惯导系统具有较高的可靠性，而且价格相对比较低，这样可以降低成本，这一系统可以将平台和电机以及导电环等相关的机械部件省略，这样就可以明显的将其可靠性提高，降低价格

综合任务管理计算机可以融合导航信息，管理飞行控制，这项系统可以对相关的通信手段应用，将多部导航传感器应用，而且还可以和任务情况想结合，切换回或者重新配置设备，并且组合不同的传感器，如果飞行段比较特殊，那么就可以在导航系统之内输入传感器。综合任务管理计算机的这种特点可以将导航系统的可靠性以及容错性不断加强，可以对不同的飞行环境做出不同的应对。

3导航系统组合方案

3.1SINS/GPS子系统方案分析

KN4072可以说是一个INS/GPS组合系统组合导航系统，很难获得其算法，和相关的资料结合来看，需要对更加深组合的方式应用，将卫星信号的捕获不断加增加。在INS/GPS组合系统之内，将GPS惯性辅助以及接收机带宽控制设计，可以将GPS接收机的高动态性以及抗干扰能力不断提高，这对于深组合来说，可以算是一个最重要的标志。

3.2SINS/ADS子系统方案分析

对ADS系统分析应用，有两种方法，第一种就是ADS系统输出高度信息对INS系统高度通道产生一种辅助作用，而且这一系统可以将导航信息高度通道问题解决，所以不太可能使用这一方法。第二种方法就是使用卡尔曼滤波组合ADS输出高度系统以及惯导单元，因为KN407可以选择性的将其他的信息提取。第二种方法可以融合各种信息，所以，第二种方式的优点比较多。

3.3导航系统和任务设备的关系

任务设备和无人机的导航系统之间具有两种不同的关系形式。第一种形式就是任务设备信息可以对导航开展辅助工作，所以可以对传感器的形式应用，在开放式的导航系统之内应用。而且导航系统可以对相关数据的通讯线路应用，或者对以太网应用，将对应的导航信息向任务设备提供。比如说和GPS位置和速度相结合，将SAR图像的绝对位置确定，对GPS信息应用，还可以补正SAR平台，而且导航信息还可以对光电传感器的视区开展计算。为了将导航系统的可靠性以及实时性保证，“全球鹰”没有对主导航系统应用，对任务设备产生一种辅助作用，而是对分而治之的策略应用，每一套任务设备都有和自己相对应的定位系统，这些定位系统可以对设备产生辅助作用。而且，如果无人机的主导航系统在有故障发生的时候，无法将工作开展，那么任务设备自身所带的定位系统也可以将导航的作用发挥出来，这样就可以将导航系统的冗余设计组成，将导航系统的容错性不断加强。

3.4导航系统的容错性

导航系统容错性主要在主滤波器和子滤波器和传感器方面体现出来，在滤波容错算法方面来说，可以对不同的方法应用，和滤波算法相结合，将系统整体的FDIR实现。而且具有比较多的故障检测方法，对各种不同的智能化容错法应用可以对其优势利用，将系统的FDIR全面的实现。不仅主导航系统会对容错法应用，在主导航系统完全没有效果并且将重构能力失去的情况下，“全球鹰”导航系统可以对综合任务管理計算机的重构能力应用，将无人机导航系统的正常工作保证，保证“全球鹰”可以将任务顺利的开展。

4总结

综上，通过对高空长航时无人机的相关问题开展分析以及讨论，无人机的利用价值比较高，而且无人机和有人机相比较来说，安全性更高。当前无人机技术也在飞速的发展，在很多的领域之内都投入了应用，通过不断的对无人机技术发展和完善，以期更好的推广无人机技术，将无人机技术的价值充分的发挥出来。

【参考文献】

[1]孙诚骁，周平方，段登平等.多螺旋桨太阳能无人机俯仰控制方法研究[J].计算机仿真，2015，32（2）：53-56.

[2]朱韬.基于无线充电技术的无人机长续航方案[J].中国高新科技，2019，（5）：61-63.

[3]南航“最美机长”走红网络[J].课堂内外·创新作文（高中版），2015，（1）：56.