抗电磁干扰的无人机GPS/INS组合导航方法

无人机应用于电力巡线时,高压电力故障导致的异常放电可能会产生复杂而且强大的电磁场,会严重影响GPS的信号质量和定位精度,影响无人机的正常导航,因此必需考虑电磁环境对GPS信号和无人机导航性能的影响。提出一种根据GPS数据可信度进行加权的自适应卡尔曼滤波导航算法,通过GPS和内部导航系统(INS)的数据偏差幅度反映GPS数据可信度,利用模糊逻辑算法计算加权值,分配GPS在组合导航中的权重,研发出一种结合GPS和INS的模糊组合导航方法。仿真和实验结果显示,该算法在GPS数据受电磁干扰失真的情况下,调整GPS数据在组合导航中的权重,使组合导航输出的位置和速度误差控制在可行范围内,保证了组合导航的精度。     

基于差分GPS的无人机群小范围定位方法研究

为提高无人机群定位精度,减小飞行误差,增强避障能力,针对无人机飞行过程中精确定位受大气、卫星轨道、电磁等因素影响,引入差分GPS定位方法。利用差分GPS对无人机实现空间绝对定位,然后用短距无线通信实现多个无人机间的相互通信,达到相对定位的目的,最终将接收机站信号上传到上位机实现仿真验证。根据实验验证结果得出差分GPS定位在无人机群方面可提高定位精度。     

无人机GPS/INS组合导航卡尔曼滤波技术

惯性导航(INS)和全球定位导航(GPS)是现代航空武器中应用广泛的两种导航技术.运用组合导航技术,将INS与GPS两者有机组合,能很好地克服各自缺点,形成优势互补结构.在无人机应用GPS/INS组合导航的基础上,引入卡尔曼滤波技术,能够有效提高导航的性能和精度,从而构成比较理想的组合导航系统.     

基于小型无人机的高精度天线测试方法研究

天线测试对于天线辐射性能的检验至关重要。而当天线的尺寸较大或测试频率较低时,传统的天线测试方法难以满足测试需求。以大型天线测试为研究背景,研究了一种基于小型无人机的天线测试方法,根据测试信道模型获取被测天线的增益方向图。与传统的利用GPS作为无人机的导航信号相比,采用实时差分GPS作为无人机的导航信号,结合几何控制方法精确控制无人机的飞行轨迹,无人机的飞行轨迹偏差小于0. 1 m。对测试方法进行了试验验证,结果表明采用该方法可以较为准确地测量天线的方向图,增益测试误差小于1 d B,具有较高的工程应用价值。     

制导火箭弹GPS/INS全组合导航系统仿真研究

为了提高惯性导航系统(INS)对制导火箭弹飞行信息的测量精度,通过建立包括GPS误差模型在内的17维状态变量的系统动态方程,对增加不同的外部观测信息量对惯导系统的误差修正能力进行了分析,应用卡尔曼滤波方法,并对采用GPS姿态测量信息对惯性导航系统的误差修正能力及滤波器初始估计误差较大的原因进行了模拟仿真。仿真结果表明,由于GPS姿态测量信息的引入,为惯导系统增加了误差的直接观测量,从而使得制导火箭弹的位置、速度和航向误差大大降低。研究结果对改善低成本惯性导航系统对制导火箭弹的导航性能具有一定的现实意义。     

输电线路巡检无人机云台控制技术研究

针对云南电网对输电线路电力巡线、塔架金具详查等任务需求,设计了一种机载视觉传感器稳定系统无人机云台;无人机云台根据稳定控制算法驱动云台电机及时对视觉传感器姿态进行修正,使得视觉传感器始终能稳定拍摄到目标对象。文中对云台电机驱动技术、扰动补偿算法进行了理论研究,并进行机载云台飞行验证。该设计已搭载多旋翼无人机进行电路巡检应用,取得了显著的成果。     

无人机空间定位的图像识别研究

对芒果树的施药无人机的空间定位特点进行了图像识别分析。通过无人机的CCD摄像头拍照,然后应用图像识别的方法,获得无人机喷洒农药的理想空间位置。对不同季节、不同天气特点、不同种植间距等情况进行了实验分析,实验结果表明图像识别方法可以提高无人机的定位精度,对提高果树的农药喷洒效率有较大的应用价值。     

偏振光传感器的无人船导航与编队应用

为了实现偏振光传感器在水面波动环境下及编队协同情境下的应用,并提升无人船导航的抗电磁干扰能力,设计了一种基于偏振光传感器、微惯性测量单元(MIMU)及全球定位系统(GPS)的组合导航系统,为偏振光传感器集成了云台底座,并搭建偏振光无人船平台进行了导航及编队实验。介绍了偏振光导航原理及无人船编队原理;基于卡尔曼滤波设计了偏振光传感器/MIMU/GPS组合导航算法;基于上述组合导航算法进行了无人船的循迹与编队实验。循迹对比实验结果表明:无人船利用偏振光传感器进行组合导航的航向角误差为6.055°,位置误差为0.209 m,在磁罗盘受干扰的情况下偏振光组合导航系统仍可正常工作;编队实验结果表明:领航船循迹误差为0.425 m,跟随船编队误差为0.707 m。该偏振光传感器可应用于水面环境导航,偏振光组合导航系统可用于无人船导航与编队。     

水下潜航器的惯导/超短基线/多普勒测速信息融合及容错验证

针对水下潜航器惯导系统的定位误差积累和容错性差等问题,分析了水声超短基线的相位差定位方法,推导了基于惯导提供实时位置、姿态误差角信息的惯导/超短基线(INS/USBL)导航解算过程及其坐标转换。结合惯导/多普勒测速(INS/DVL)滤波器,给出INS/USBL/DVL组合导航联邦滤波在3种信息融合算法下的应用。通过MATLAB仿真对导航算法进行了验证,结果表明该导航算法能够抑制惯导系统误差随时间发散的问题,能充分利用了3种导航系统提供的参数信息,且状态维数低,滤波收敛速度快,其中基于精度因子信息分配方法的导航系统误差最小。容错性验证结果显示,当超短基线出现故障时,重构后的组合导航系统在较高航速情况下依旧能提供有效的导航参数。所提出的INS/USBL/DVL组合导航联邦滤波方法能够精确地提供水下潜航器的各位导航参数信息,且具有较高的容错性和稳定性。     

基于视觉的室内四旋翼无人机目标追踪系统设计

针对无人机在室内飞行无法依靠GPS定位飞行,还有一些人员无法到达的地点进行关键信息的搜寻工作问题,设计了一种基于视觉的室内四旋翼无人机目标追踪系统,实现室内定位自主飞行与物体自主识别跟踪功能。     

导航信息滞后补偿实现高速无人机对地精确定位

针对高速无人机光电侦查平台的实时对地目标定位误差,研究了基于惯导信息的光电平台目标定位算法。利用目标定位数学模型和误差模型,分析了影响目标定位精度的因素,建立了参数误差对于定位精度影响的数学仿真模型。通过仿真分析确定了卫星导航信息的实时性是造成定位误差的主要因素,提出了通过修正卫星导航信息延时时间来解决了光电侦察平台实时目标定位误差问题。进行了飞行试验以验证提出论点的正确性,结果表明:通过修正卫星导航信息延时时间,有效补偿了载机坐标信息滞后,提高了光电侦察平台目标定位精度,定位误差由补偿前的100m减少到小于40m。研究结果对高速飞行器的相关应用具有重要的参考价值。     

基于GPS／INS／Lidar的无人车导航

为了实现无人车的自主导航,提出了一种基于GPS和INS的组合导航,并辅以激光雷达实现避障功能。首先确立整车的控制架构,确定基于SAE—J1939协议的整车CAN总线通信网络;然后研究了GPS导航,利用GPS的载波差分获得较高的位置精度,同时整合惯导的输出数据;最后通过激光雷达的不断扫描,获取周围物体的角度和距离,实现周边环境建模,有效规避障碍。实验验证了此导航的可行性和实时性。     

无人机光电侦测平台目标定位误差分析

针对无人机光电侦测平台在目标定位过程中测量误差因素繁多、分析困难等问题,提出了一种基于多因素分析的误差建模与分析方法.在系统总体结构的基础上,根据目标从空间直角坐标系到光电传感器坐标系的映射关系,建立目标定位模型,以载机位置、姿态误差以及光电侦测平台转角、测距误差等9项因数为变量,推导出目标定位误差计算公式.采用飞行实验数据验证了该误差计算方法的有效性,并通过仿真实验分析了载机位置、姿态角误差、光电传感器方位角、高低角误差以及激光测距误差对目标定位精度的影响,同时指出实际应用中无人机测量点位置与目标定位精度的关系,载机高度越低、视轴指向角越大,目标定位精度越高.     

井下巡检无人机系统设计及定位与避障技术

矿井环境无GPS、空间狭窄且光照条件差,无人机在该环境下的飞行面临很多挑战.针对无人机井下巡检作业这一特殊应用场景,设计了能够自主定位和避障的无人机系统.该无人机系统基于激光SLAM实现同步定位,由激光点云生成的八叉树地图构建了飞行安全通道,并优化无人机的飞行路径,再通过最小化加速度优化指标,将路径点生成为光滑平缓的飞...     

一种多旋翼无人机弹簧夹持式云台设计

针对传统无人机云台直接与无人机螺钉固定连接,且每种特定相机、监测器云台需要固定位置都无法统一的问题,设计了一种弹簧夹持式云台,其利用了弹簧的伸缩性,可施加外力改变夹持部位的角度,实现云台与无人机的快速安装和拆卸。为研究确定弹簧夹持式云台的可行性,建立了云台整体三维模型,对云台材料进行了选择,利用ANSYS Workbench对云台系统进行了静力学载荷分析和动力学模态分析。分析结果表明:弹簧夹持式云台具有较好的稳定性和可靠性,为提高无人机与云台接触部位互换性提出了理论参考。     

里程计辅助的高精度车载GNSS/INS组合导航系统

针对城市隧道、偏远山区等复杂路况下,卫星导航系统信号被遮挡较严重或无卫星导航系统信号的场景中,车载GNSS/INS组合导航系统精度下降的问题,提出一种里程计辅助的高精度车载GNSS/INS组合导航方法。该方法中的组合滤波模式可根据载车环境变化在GNSS/INS组合模式和DR/INS组合模式间实现自适应切换,该组合导航方法将三维里程计航位推算位置误差作为状态量扩充到常规组合导航滤波器中,里程计的标度因数误差、安装角误差可通过里程计误差标定方法离线精确得到,后续使用只需将里程计误差参数装订到组合导航系统中即可。车载试验表明,7 km的信号遮挡场景下组合导航系统单个方向上的位置误差最大值也不大于8 m,整个跑车过程中位置误差在3 m以内,进一步保证了车载GNSS/INS组合导航系统复杂路况下的高精度定位。     

“低慢小”无人机防御系统的查打协同方案应用

为了克服频谱扫描型无人机侦测器无法在无人机干扰器工作时正常侦测的问题，提出一种引入光电相机进行视觉识别补充并进行实时查打协同的策略。光电相机通过图像识别与位置换算算法，获取无人机基于光电相机的相对位置，同时调动干扰器所在云台转动，控制定向干扰器天线方向始终锁定无人机所在方向，实现精准打击，最终提高无人机防御系统在侦测和干扰黑飞无人机时的整体效率。     

引入滑模观测器的GPS/INS组合导航滤波方法

由低成本器件组成的卫星/惯性(GPS/INS)组合导航系统中,存在较大的非线性与不确定性,为改善这一问题,本文提出一种引入滑模观测器(SMO)的滤波方法。首先,该方法建立了组合导航系统模型,介绍了扩展卡尔曼滤波(EKF)计算过程并分析存在的不足。然后,介绍了滑模观测器的基本原理,根据系统构建观测器。最后,说明了引入滑模观测器的EKF组合导航算法实现流程,滑模观测器将模型误差、状态估计以及均值方差融入EKF算法,修正系统输出。通过轨迹仿真实验与车载实验验证了所提方法优于传统EKF算法,具有更高的滤波精度。在车载实验中,卫星信号失锁15 s情况下,与EKF方法相比,所提方法的东向位置误差降低了53%,北向位置误差降低了37%,证明该方法能够有效抑制GPS/INS组合导航误差发散,为以后工程实践提供一定的参考价值。     

绕地飞船的INS/GPS组合测控定位系统

根据INS和GPS的基本原理,充分利用它们各自的优点,构建了INS/GPS组合测控定位系统.研究了该系统在绕地飞船自主定位中的应用.根据绕地飞船运动的实际情况建立了误差状态方程和组合观测方程.仿真分析表明该INS/GPS组合测控定位系统模型既能保证定位的高精度,又能满足目标的高动态.     

无线日盲紫外光测距定位方法

在无人机的自主飞行及着陆引导中,测距与定位是其中的关键问题。本文提出了一种基于无线紫外光的测距定位方法,对无线紫外光直视通信模型和非直视通信模型进行了分析,推导出直视和非直视情况下的距离计算公式。根据四节点定位算法,可以解出未知节点的位置坐标。使用波长为255nm的"日盲"紫外LED及光电倍增管作为收发器件,测距信号采用10kHz的方波信号,在不同天气情况下进行测距实验。实验结果表明:在直视情况下,被测距离真值为0~100m的测距误差均小于5m;在非直视情况下,由于多径散射的影响,有效测距距离降为0~70m。当发送仰角和接收仰角均小于10°时,测距误差较小,均小于5m,当发送仰角和接收仰角均大于10°时,随着发送仰角和接收仰角的增大,有效测距距离明显降低。总的来说,该算法有着较高的精度,在GPS无法正常使用时能够为无人机提供导航数据,基本能够满足自主降落和飞行引导的要求。