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无人(rén)机(jī)导航技术(shù)优缺(quē)点分(fèn)析

 

目(mù)前(qián)在无人机上采用的导航技(jì)术主(zhǔ)要包(bāo)括惯性导(dǎo)航、卫星导航、多普勒导航、地形辅助导航以及地磁导航等(děng)。这些导航技术都有各(gè)自的优(yōu)缺点,因此,在劲鹰无人机导(dǎo)航中,要根据无人(rén)机担负的(de)不同任务来选(xuǎn)择合适的导航技术(shù)至关重(chóng)要。

1惯(guàn)性导航。优点(diǎn)是不依(yī)赖外界任何信息实现(xiàn)完全自主的导航,隐蔽性好,不受外界干(gàn)扰,不受地形影响,能够全天候工作。缺点是(shì)定位误差是随时间(jiān)积累的累积误差(chà),精度受(shòu)到惯(guàn)导系(xì)统的影响。

2GPS导航。优点是全球性(xìng)、全天候、连续精密导航与定位能(néng)力,实(shí)时性较出色。缺点是易受电磁(cí)干扰;GPS系统接收机的(de)工作受飞行器机动的影响,比(bǐ)如GPS的(de)信号更新频(pín)率一般在1 Hz2 Hz,如(rú)果飞行器需(xū)要快速更(gèng)新导航信息,单独搭载(zǎi)GPS系统就不(bú)能满足(zú)飞行器更(gèng)新(xīn)信息的需要。

3多(duō)普勒导航。优点是自(zì)主性好,反应快,抗干扰性(xìng)强(qiáng),测速(sù)精度高,能用于各种气(qì)候条(tiáo)件(jiàn)和地形条件。缺点是(shì)工作时必须发(fā)射电波,因此其隐蔽性不好;系统工(gōng)作受地(dì)形影响,性能与反射面的形状有关,如在水平面或(huò)沙(shā)漠上空工作时,由于反射(shè)性不好就会(huì)降低性能;精度受天线姿(zī)态的影响;测量有(yǒu)积累误差(chà),系统(tǒng)会随飞行距离(lí)的(de)增(zēng)加(jiā)而使误差增大。

4地形(xíng)辅助(zhù)导航。优点是(shì)没有累积误(wù)差,隐蔽性好,抗(kàng)干扰性能(néng)较(jiào)强。缺点是(shì)计算(suàn)量(liàng)较大,实时性受(shòu)到制约;工(gōng)作(zuò)性能受地形影响,适合起(qǐ)伏变化大的地形,不适宜于在平(píng)原或(huò)者海面使用;同时还受天气影响,在大雾和多云等天气条(tiáo)件下导航(háng)效果(guǒ)不佳(jiā);要求飞行器(qì)按照规定的路(lù)线飞行(háng),不利(lì)于(yú)飞行器的机动性(xìng)。

5地磁导(dǎo)航。地磁导航(háng)具(jù)有无源(yuán)、无辐射、隐蔽性强,不受敌方(fāng)干扰、全(quán)天时、全天候(hòu)、全地域、能耗低的优良特征,导航不(bú)存在(zài)误差(chà)积累(lèi),在(zài)跨海制导方面有一定的优势。缺点是地磁匹配需(xū)要存储(chǔ)大量的地磁数据;实时(shí)性与计算(suàn)机处理数据的能力有关。

6组合导航

组合导航是指把两种或(huò)两种以上的导航系统以(yǐ)适(shì)当的(de)方式(shì)组合在一起,利用其性能上的互(hù)补特性,可以获得比单独使用任一(yī)系统时更高(gāo)的导航性能。除(chú)了可以将(jiāng)以上介绍(shào)的导(dǎo)航技(jì)术进行组合之外,还可以(yǐ)应用一(yī)些相关技术提高(gāo)精度,比如大气数据系统、航(háng)迹推算技术(shù)等(děng)。

1.INS/GPS组合(hé)导航系(xì)统

组合的优点表现在:对惯导系统可以实(shí)现(xiàn)惯性传感器的(de)校准(zhǔn)、惯导系统的空中对准、惯导系统(tǒng)高度通道(dào)的(de)稳定等,从(cóng)而可以有效地(dì)提(tí)高惯导系(xì)统的(de)性能和(hé)精度;GPS系统来说,惯(guàn)导系统的辅助可以提高其跟踪卫星的能(néng)力(lì),提高接(jiē)收(shōu)机动态(tài)特性和抗干扰性。另外,INS/GPS综合还可以实现GPS完(wán)整性的(de)检测,从而(ér)提高(gāo)可靠性(xìng)。另外(wài),INS/GPS组合可以(yǐ)实现一体化(huà),把(bǎ)GPS接收机放入(rù)惯导部件中,以进一步(bù)减少(shǎo)系统的体积、质(zhì)量和成(chéng)本,便于(yú)实现惯导(dǎo)和(hé)GPS同(tóng)步,减小非同步误差。INS/GPS组合导航系统是目(mù)前多数无人飞行器所采(cǎi)用的主流自(zì)主导航技(jì)术[7-8]。美国(guó)的全球鹰和(hé)捕食者无(wú)人(rén)机(jī)都是采用这种组合导航方(fāng)式。

2.惯(guàn)导(dǎo)/多普勒组合导(dǎo)航系(xì)统这种(zhǒng)组合方式既解决了(le)多普勒导航受(shòu)到地形因素的影响,又可以解决(jué)惯(guàn)导自(zì)身的累积(jī)误差,同时在隐蔽性上二者(zhě)实现(xiàn)了较好的(de)互补。

3.惯导/地(dì)磁组合(hé)导(dǎo)航系统

利(lì)用地磁匹(pǐ)配(pèi)技术的长期稳定性弥(mí)补惯(guàn)系统误差随时(shí)间累积的缺点,利(lì)用惯导(dǎo)系统的短期(qī)高(gāo)精度(dù)弥补(bǔ)地磁匹配系统(tǒng)易受干扰等不足,则可(kě)实现惯性/地磁导航,具备自主(zhǔ)性强、隐蔽性好、成(chéng)本低、可用范围(wéi)广等优点,是当前导航研究领域(yù)的(de)一(yī)个(gè)热(rè)点。

4.惯导/地形匹配组(zǔ)合导航系统

由于地形匹(pǐ)配定位(wèi)的精度很高,因此可以利(lì)用这种精确的位置(zhì)信息来消除惯性导航系统长时间工作的累计误(wù)差,提高(gāo)惯(guàn)性导航系统的(de)定位精度(dù)。由于(yú)地形匹配(pèi)辅助(zhù)导航系统具有自主性(xìng)和高(gāo)精度的突出(chū)优点,将其(qí)应用于装载有多种图像传感(gǎn)器的无人机导航系统,构成惯(guàn)性/地形(xíng)匹配组合导(dǎo)航系统(tǒng),将是地形匹配辅(fǔ)助导航技(jì)术发展和应用(yòng)的未来趋势。

5.GPS/航(háng)迹推算组合导(dǎo)航系(xì)统(tǒng)

航迹推算的基本原理:GPS失(shī)效情况下,依据大(dà)气数据(jù)计算机测得(dé)的空速、磁(cí)航向测得的真北航向以及当地风(fēng)速风向,推算出地速及航迹角。当(dāng)GPS定(dìng)位信号中断(duàn)或质量较(jiào)差时(shí),由(yóu)航(háng)迹推算系统确定无人机的位置(zhì)和速(sù)度;GPS定位信号质量(liàng)较(jiào)好时,利用GPS高精度(dù)的定(dìng)位信(xìn)息对航迹推算系统进行(háng)校正,从而构成(chéng)了(le)高精度、高可靠性的无(wú)人机导航定位系统,在以较高(gāo)质量(liàng)保证了飞行安全和品质(zhì)的同时,有效降低了系统的成本,使(shǐ)无人机摆脱(tuō)对雷达、测控站等地面系统(tǒng)的依赖。

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