無人機(jī)長航時組合導(dǎo)航方法

朱罡 張源麟 魏云鵬

【摘要】當(dāng)前，高空長航時無人機(jī)已經(jīng)成為了一種新型的偵查手段，這項技術(shù)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭之內(nèi)發(fā)揮的作用是非常明顯的，而高空長航時無人機(jī)之內(nèi)的一個關(guān)鍵性技術(shù)就是導(dǎo)航系統(tǒng)，所以這項技術(shù)也得到了很大的發(fā)展。本文主要研究了高空長航時無人機(jī)組合導(dǎo)航系統(tǒng)的算法和方案以及模型。

【關(guān)鍵詞】無人機(jī)組合導(dǎo)航系統(tǒng);高空長航時;衛(wèi)星導(dǎo)航

前言

無人駕駛飛機(jī)是一種航空飛行器，但是不會載人，主要就是對外部控制站利用，將遙控指令發(fā)出，或者是對機(jī)載控制系統(tǒng)自主控制應(yīng)用，將執(zhí)行任務(wù)操縱。無人機(jī)和有人機(jī)相比較來說，重量比較輕，而且會使用較低的費(fèi)用，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，而且也不會對人身安全造成威脅，避免出現(xiàn)安全事故。

1無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

組合導(dǎo)航就是對不同的導(dǎo)航系統(tǒng)利用，測量同一導(dǎo)航信息源，不同的導(dǎo)航設(shè)備具有不同的性能，這些設(shè)備之間就可以互補(bǔ)，通過比較這些測量值，可以將系統(tǒng)之間的誤差提取出來，并且將這些誤差矯正，這是可以幫助將導(dǎo)航系統(tǒng)性能不斷提高的一項技術(shù)。對組合導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用的導(dǎo)航系統(tǒng)就是組合導(dǎo)航系統(tǒng)，組合導(dǎo)航系統(tǒng)比任意一個單一導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航性能更高?，F(xiàn)代飛行器可以對多種不同的導(dǎo)航設(shè)備以及導(dǎo)航傳感器應(yīng)用，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)以及捷聯(lián)慣導(dǎo)技術(shù)在導(dǎo)航系統(tǒng)之內(nèi)，抗干擾能力以及自主能力非常高，可以將比較完整以及具有較高連續(xù)性的數(shù)據(jù)還有具有較高更新率的導(dǎo)航信息提供，所以現(xiàn)代飛行器以及無人機(jī)使用的主要的導(dǎo)航系統(tǒng)就是這種導(dǎo)航傳感器。但是隨著時間的不斷增長，這一系統(tǒng)的導(dǎo)航精度也會不斷的降低，這會導(dǎo)致在高自主性飛行器領(lǐng)域之內(nèi)無法應(yīng)用慣性系統(tǒng)。但是衛(wèi)星導(dǎo)航手段具有全天候以及高精度和連續(xù)性還有覆蓋范圍較廣等特點，已經(jīng)可以比較理想的對慣性系統(tǒng)產(chǎn)生輔助作用。

慣性或者衛(wèi)星定位的組合方案可以將不同子系統(tǒng)的缺點克服，而且比兩個子系統(tǒng)單獨將工作開展的性能具有更強(qiáng)的可靠性，還可以將導(dǎo)航設(shè)備的一體化實現(xiàn)，不斷的減少系統(tǒng)的成本和系統(tǒng)的重量以及系統(tǒng)的體積。所以，這種衛(wèi)星組合相對來說比較理想，這一組合導(dǎo)航系統(tǒng)的研究也一直在無人機(jī)領(lǐng)域受到比較多的關(guān)注，并且已經(jīng)對很多的理論研究成果開展了應(yīng)用。

2導(dǎo)航系統(tǒng)總體方案

2.1傳感器配置特點

無人機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)的組成部分就是機(jī)載軟件和設(shè)備硬件，上個世紀(jì)八十年代之后，一些發(fā)達(dá)國家的飛機(jī)就已經(jīng)對激光陀螺捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)應(yīng)用，這種系統(tǒng)和別的系統(tǒng)相比較來說，具有較短的準(zhǔn)備時間，因為激光陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)對溫度補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用，所以對正常的羅京法應(yīng)用開展對準(zhǔn)工作，只需要四分鐘或者五分鐘就可以完成，只需要一分鐘就可以對其快速啟動。而且激光陀螺捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)具有比較寬的角速度測量范圍，而且具有較好的線性度，從原理的角度來看，激光陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)比較容易將需要測量的飛機(jī)的最大角速度測量，比較容易將測量要求滿足。激光陀螺捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)具有較高的可靠性，而且價格相對比較低，這樣可以降低成本，這一系統(tǒng)可以將平臺和電機(jī)以及導(dǎo)電環(huán)等相關(guān)的機(jī)械部件省略，這樣就可以明顯的將其可靠性提高，降低價格

綜合任務(wù)管理計算機(jī)可以融合導(dǎo)航信息，管理飛行控制，這項系統(tǒng)可以對相關(guān)的通信手段應(yīng)用，將多部導(dǎo)航傳感器應(yīng)用，而且還可以和任務(wù)情況想結(jié)合，切換回或者重新配置設(shè)備，并且組合不同的傳感器，如果飛行段比較特殊，那么就可以在導(dǎo)航系統(tǒng)之內(nèi)輸入傳感器。綜合任務(wù)管理計算機(jī)的這種特點可以將導(dǎo)航系統(tǒng)的可靠性以及容錯性不斷加強(qiáng)，可以對不同的飛行環(huán)境做出不同的應(yīng)對。

3導(dǎo)航系統(tǒng)組合方案

3.1SINS/GPS子系統(tǒng)方案分析

KN4072可以說是一個INS/GPS組合系統(tǒng)組合導(dǎo)航系統(tǒng)，很難獲得其算法，和相關(guān)的資料結(jié)合來看，需要對更加深組合的方式應(yīng)用，將衛(wèi)星信號的捕獲不斷加增加。在INS/GPS組合系統(tǒng)之內(nèi)，將GPS慣性輔助以及接收機(jī)帶寬控制設(shè)計，可以將GPS接收機(jī)的高動態(tài)性以及抗干擾能力不斷提高，這對于深組合來說，可以算是一個最重要的標(biāo)志。

3.2SINS/ADS子系統(tǒng)方案分析

對ADS系統(tǒng)分析應(yīng)用，有兩種方法，第一種就是ADS系統(tǒng)輸出高度信息對INS系統(tǒng)高度通道產(chǎn)生一種輔助作用，而且這一系統(tǒng)可以將導(dǎo)航信息高度通道問題解決，所以不太可能使用這一方法。第二種方法就是使用卡爾曼濾波組合ADS輸出高度系統(tǒng)以及慣導(dǎo)單元，因為KN407可以選擇性的將其他的信息提取。第二種方法可以融合各種信息，所以，第二種方式的優(yōu)點比較多。

3.3導(dǎo)航系統(tǒng)和任務(wù)設(shè)備的關(guān)系

任務(wù)設(shè)備和無人機(jī)的導(dǎo)航系統(tǒng)之間具有兩種不同的關(guān)系形式。第一種形式就是任務(wù)設(shè)備信息可以對導(dǎo)航開展輔助工作，所以可以對傳感器的形式應(yīng)用，在開放式的導(dǎo)航系統(tǒng)之內(nèi)應(yīng)用。而且導(dǎo)航系統(tǒng)可以對相關(guān)數(shù)據(jù)的通訊線路應(yīng)用，或者對以太網(wǎng)應(yīng)用，將對應(yīng)的導(dǎo)航信息向任務(wù)設(shè)備提供。比如說和GPS位置和速度相結(jié)合，將SAR圖像的絕對位置確定，對GPS信息應(yīng)用，還可以補(bǔ)正SAR平臺，而且導(dǎo)航信息還可以對光電傳感器的視區(qū)開展計算。為了將導(dǎo)航系統(tǒng)的可靠性以及實時性保證，“全球鷹”沒有對主導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用，對任務(wù)設(shè)備產(chǎn)生一種輔助作用，而是對分而治之的策略應(yīng)用，每一套任務(wù)設(shè)備都有和自己相對應(yīng)的定位系統(tǒng)，這些定位系統(tǒng)可以對設(shè)備產(chǎn)生輔助作用。而且，如果無人機(jī)的主導(dǎo)航系統(tǒng)在有故障發(fā)生的時候，無法將工作開展，那么任務(wù)設(shè)備自身所帶的定位系統(tǒng)也可以將導(dǎo)航的作用發(fā)揮出來，這樣就可以將導(dǎo)航系統(tǒng)的冗余設(shè)計組成，將導(dǎo)航系統(tǒng)的容錯性不斷加強(qiáng)。

3.4導(dǎo)航系統(tǒng)的容錯性

導(dǎo)航系統(tǒng)容錯性主要在主濾波器和子濾波器和傳感器方面體現(xiàn)出來，在濾波容錯算法方面來說，可以對不同的方法應(yīng)用，和濾波算法相結(jié)合，將系統(tǒng)整體的FDIR實現(xiàn)。而且具有比較多的故障檢測方法，對各種不同的智能化容錯法應(yīng)用可以對其優(yōu)勢利用，將系統(tǒng)的FDIR全面的實現(xiàn)。不僅主導(dǎo)航系統(tǒng)會對容錯法應(yīng)用，在主導(dǎo)航系統(tǒng)完全沒有效果并且將重構(gòu)能力失去的情況下，“全球鷹”導(dǎo)航系統(tǒng)可以對綜合任務(wù)管理計算機(jī)的重構(gòu)能力應(yīng)用，將無人機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)的正常工作保證，保證“全球鷹”可以將任務(wù)順利的開展。

4總結(jié)

綜上，通過對高空長航時無人機(jī)的相關(guān)問題開展分析以及討論，無人機(jī)的利用價值比較高，而且無人機(jī)和有人機(jī)相比較來說，安全性更高。當(dāng)前無人機(jī)技術(shù)也在飛速的發(fā)展，在很多的領(lǐng)域之內(nèi)都投入了應(yīng)用，通過不斷的對無人機(jī)技術(shù)發(fā)展和完善，以期更好的推廣無人機(jī)技術(shù)，將無人機(jī)技術(shù)的價值充分的發(fā)揮出來。

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