小型无人机航路规划及自主导航算法研究

为了实现无人机自主导航功能,定义了以发射点为坐标原点的地理导航坐标系,给出由WGS-84坐标系到导航坐标系的具体转换公式;设计了航路中的航点结构,利用GPS接收机输出数据对无人机的位置进行两点式实时推算,对无人机在直线航路段和转弯段的判断和侧偏距进行了详细讨论,避免了超越函数的计算;利用比例-微分导航控制律求得无人机的滚转角,通过飞控系统控制无人机副翼舵机,修正飞行航迹,达到消除侧偏距的目的。这些方法和措施提高了小型无人机的自主导航控制精度和稳定性,使小型无人机具有较好的飞行品质。     

基于FPGA的高速导航解算硬件实现

针对现有小型无人机导航系统的解算速度慢、多处理器核心臃肿可靠性差的缺点,实现了一种仅使用单一FPGA作为数据处理核心的小型高速导航解算系统。该系统对飞机运动方程组和导航方程组进行并行化分解,对相互独立的中间变量进行并行计算,使得单个运算周期能够同时进行6次浮点运算,在不盲目增加硬件消耗的条件下有效提高了解算速度。仿真和实验结果表明系统能够高效地进行导航信息解算,在小型无人机的导航控制领域有重要的工程应用价值。     

基于GPS和红外成像的新型无人机总体设计

在考虑超小型无人机特点及其对导航定位需求的基础上,介绍了一种新型无人机的总体设计思想.利用微型惯性测量单元（MIMU）、GPS接收机和红外成像系统等新技术,设计了一种低成本、轻小型的具有制引一体化的复合导航定位的攻击型无人机系统,该无人机具有自动导航定位、目标识别、精确炸点控制等功能.针对新概念武器弹药的发展要求,采用DSP、FPGA、卡尔曼滤波与软件无线电技术,解决实时性、通信等方面的难题,提高了导航能力和引战系统的性能.同时,对系统的关键技术及解决途径也进行了分析.仿真结果表明,该无人机具有较好的性能,对于发展武器弹药具有广阔的应用前景.     

无人机导航技术研究

无人机导航系统是无人机完成给定任务的关键要素之一。本文分析了现有的导航技术优缺点;研究了高空长航时无人机、无人作战飞机和微小型无人机三种无人机执行任务的特点及作战环境,在此基础上,分别给出与之相应的导航方式。     

INS/光流/磁强计组合导航在小型无人机中的应用

由于低成本的惯性导航系统存在较为严重的漂移,小型无人机在使用其导航时,往往会出现较大的误差。针对这一问题,本文提出了一种INS/光流/磁强计组合导航方案：基于扩展卡尔曼滤波,将INS与光流数据融合,估计无人机的速度和位置。当无人机静止或匀速运动时,将陀螺仪与加速计、磁强计的数据融合,估计无人机的姿态;当无人机加速或减速时,用陀螺仪估计无人机的姿态。利用无人机飞行数据对本文所提出的组合导航方案进行了验证,验证结果表明,该方案有效的减少导航时的速度、位置和姿态的误差,提高导航精度。     

无人机自主飞行精确定位导航在环境安全中的应用

针对环境安全监测与检测中的不足,提出一种利用无人机自主飞行精确定位导航的方法实现对环境的监测与检测。利用无人机携带便携式检测装备对目标区域进行环境监测与检测,关键在于无人机的自主飞行以及精确定位导航。在无人机自主飞行阶段,利用图像特征以及地理坐标特征实现无人机的自主飞行;在图像匹配阶段,利用特征地标的新方法来进行图像匹配。实验结果表明,该方法具有一定的稳定性和鲁棒性,能够有效地应用于环境安全的监测与检测中。     

基于调零天线的无人机抗导航干扰方法

针对无人机在卫星导航拒止环境下利用真实卫星信号导航定位的需求,提出一种基于调零天线的无人机抗导航干扰方法。首先,分析卫星导航压制和欺骗干扰的特点;其次,建立抗干扰模型,抗压制干扰的方法是使用调零天线零陷信号功率,抗欺骗干扰的方法是通过无人机特定的运动,计算位移得到的多普勒和载波跟踪环得到的多普勒之差,并与无人机运动变化进行对比,选定门限判定每颗卫星信号是否为欺骗干扰信号,标记并去除欺骗干扰信号;最后,在欺骗干扰信号和真实信号同时存在的情况下,利用基于Matlab的GPS软件接收机,半物理仿真验证欺骗干扰和抗欺骗干扰的效果,该方法达到了在压制干扰和欺骗干扰环境中利用真实卫星信号定位的目的,可应用于民用和军用卫星导航压制和欺骗干扰中。     

面向无人机城市空中视觉导航仿真平台实现

系统仿真是无人机飞行导航与控制程序设计的重要手段,面向城市空中交通场景视觉导航算法设计的开发需求,首先调研了针对无人机所开发的多种飞行器仿真模拟平台,确定了基于Airsim搭建所需城市空中视觉导航仿真平台的技术路线,并进一步详细介绍了该仿真平台的搭建方法,最后给出了该仿真场景的搭建结果.     

无人机用MINS/光流组合导航系统

目的：减小因为惯导系统在无人机长航时飞行时的误差。方法：提出了一种用INS/光流/磁强计组合导航方案,基于扩展卡尔曼滤波,将INS与光流数据融合,估计无人机的速度和位置。当无人机静止或匀速运动时,将陀螺仪与加速计、磁强计的数据融合,估计无人机的姿态;当无人机加速或减速时,用陀螺仪估计无人机的姿态。结果：在不使用组合导航时,在大约50米的行驶路程中,就出现了近8米的累积误差,而使用组合算法后,所产生的误差不超过1米。结论：该方案有效的减少导航时的速度、位置和姿态的误差,提高导航精度。     

基于视觉导航的无人机自主精准降落

针对传统导航方式精度低、误差大等问题,结合视觉导航设计了一种基于ArUco码的着陆标识。对机载相机采集的实时影像进行图像处理,利用世界坐标系与像素坐标系的映射关系建立无人机位姿估计模型,以特征点坐标解算得到当前无人机与着陆标识物之间的相对姿态估计值,设计并融合误差模型进一步提高定位精确性。通过无人机室外实际应用实验证明,设计的降落标志及新型识别算法大大提高了无人机自主降落的精准性,能更好地满足在军事无人机等高精度降落要求场合的应用。     

基于Creator/Vega Prime的无人机着舰仿真验证系统设计

针对无人机着舰关键技术仿真验证的迫切需求,设计并实现了基于Creator/Vega Prime的无人机着舰仿真验证系统。首先分析了系统应当具备的功能和结构组成,以此进行了实现方案流程设计。然后讨论了如何利用Creator/Vega Prime技术设计三维着舰场景,进而重点研究了飞行数字仿真和图像导航两项关键技术的仿真验证方法。最终基于智能可控飞行器的硬件平台实现了所提出的着舰仿真验证系统。实践证明,该系统具备多样化任务模拟、操纵手训练和关键技术验证三项功能。     

基于单目摄像机的无人机视觉导航参量估计方法

针对无人机视觉导航参量估计精度低、计算复杂的问题,提出了一种基于单目视觉的无人机导航参数提取方法.该方法首先分析了单目摄像机情况下物理坐标、摄像机标定坐标之间的关系,并利用单目摄像机拍摄图像的时空相关性建立测量参数的计算模型,有效避免了传统多目摄像机图像存在的同步对准问题;接着,推导了测量参量同坐标参量的相互关系,并给出了参数方程的近似估计,推导了求解约束参量的最小二乘(LS)计算过程;最后,为克服LS无法克服测量噪声干扰的实际情况,进一步提出了采用最小均方算法在传统一步计算结果的基础上进行迭代优化计算,有效提升了计算过程的抗干扰能力.实际的场地实验结果表明,本文方法保持了较高的计算精度和抗干扰能力,在两种测试环境下平均误差均控制在2个像素以内,具有优秀的应用价值.     

基于MEMS振动陀螺的旋翼无人机组合导航算法设计

旋翼无人机需要惯导提供准确的角速度和加速度测量信息,而由于无人机的振动会对陀螺输出噪声产生影响,进而影响无人机的飞行平稳性。因此,该文提出了一种面向旋翼无人机的组合导航算法,基于扩展卡尔曼滤波,结合全球导航卫星系统/惯性导航系统(GNSS/INS)组合导航算法和无地磁传感器的航姿参考系统算法,在一定程度上解决了GNSS失效情况下的姿态稳定问题。针对旋翼无人机对导航系统输出信息平稳性的要求,采用自适应陀螺采样平滑方法,在少量增加数据处理复杂度的前提下,降低了航姿和角速度信息的噪声,在无人机应用中实现了良好的飞行轨迹重复性和控制平稳性。     

共轴式无人驾驶直升机导航系统的设计

分析了某型号共轴式无人驾驶直升机的导航系统的设计原理和硬软件实现。导航系统利用PC104系统作为导航计算机,分别利用GPS信号和捷联惯导系统进行组合导航,能够满足无人机的导航要求,而且体积小,重量轻、可靠性高。在实际飞行中,导航系统成功的完成了导航任务,结果令人满意的。     

基于SIFT算法的无人机视觉导航研究

针对无人机在飞控信道被阻塞和失去卫星定位信号的情况,研究了依靠自主视觉导航来提高生存能力的可能。图像特征信息的获取和匹配是建立图像间的对应关系、实现视觉导航的关键,基于SIFT算法对无人机俯拍图像进行了局部特征的提取、描述和匹配研究,实验结果表明了SIFT算法在无人机俯拍图像的景象匹配中的不变性和准确性,证明了该算法在无人机视觉导航中的应用潜力。     

无人机输电线路巡检自主导航方案设计

针对无人机沿架空输电线路一侧鲁棒连续导航的问题,本文总体思路是首先将跟踪和检测相结合,实现实时可靠的输电杆塔定位。然后计算并优化输电线路的消失点为无人机提供稳健和精确的航向,并利用三角测量方法解决输电线路距离的测量问题。最后对整个系统进行了测试,具有一定的效果。     

某无人机导航控制系统模块化设计

针对某无人机导航控制系统,设计了基于DSP的机载导航系统软件,提出了一种模块化的设计思想,阐明了模块化的设计思路,给出了导航软件的部分组成及其实现的功能,最后在此设计基础上给出半物理仿真。结果表明,导航软件的模块化设计条理清楚,可以全面的对导航系统进行统筹,改善开发环境,缩短开发周期,对加快无人机研制进度有重要的意义。     

无人驾驶飞机的GPS导航系统

本文介绍了目前无人驾驶飞机（无人机）的几种定位和导航方法，提出了一种新的无人机导航系统：ＧＰＳ导航系统；论述了该系统的总体方案，分析了其关键技术；设计并实现了系统的硬件和软件。该系统可自主导航，也可用遥控系统辅助导航，还可用遥测系统监测；可只用ＧＰＳ单机，也可借用遥控信道进行ＧＰＳ差分。这是一种应用前景很好的无人机导航系统。     

室内激光雷达导航系统设计

小型无人机和移动机器人技术迅速发展,对室内导航技术的要求越来越高,针对当前室内导航精度不高、导航设备比较复杂的问题,提出一种采用激光雷达定位和地磁传感器检测相结合的室内主动导航方法。该方法首先使用激光雷达扫描室内环境,用采集到的数据拟合出室内地图,根据目的地信息和室内的环境信息来规划行进的路线;然后在行进中使用激光雷达连续地扫描得到数据与地图数据进行比较,来确定所处的位置,同时使用地磁传感器取得行驶的方向,二者相结合判断是否在规划的路线上行驶,及时地对出现的偏差进行纠正;最后通过搜索RFID地标确定是否已经到达指定位置。仿真和实验的结果表明:所设计的室内激光雷达导航系统结构简单、可靠性高,能够较好地满足室内导航的要求。     

卫星导航星座在轨测试系统总体技术研究

卫星导航系统主要由空间段导航卫星、地面段运行控制系统和接收机组成。在轨测试是在导航卫星发射入轨后对其各项功能及指标进行全面检验,判断是否满足卫星导航系统运行的要求。导航卫星在轨测试设备具有与地面运行控制系统相同的信号体制和基本功能,专业用于导航卫星的在轨测试。介绍了导航卫星在轨测试设备的组成,简单分析了利用该设备进行导航卫星在轨测试的方法,提出了一套行之有效的针对导航卫星在轨测试的方案。