目前無人機使用的導航技術主要有慣性導航、衛星導航、多普勒導航、地形輔助導航和地磁導航。這些導航技術各有利弊。因此,在金英無人機導航中,根據無人機承擔的不同任務選擇合適的導航技術是非常重要的。
1,慣性導航。優點是無需任何外界信息即可實現完全自主導航,隱蔽性好,不受外界幹擾和地形影響,可全天候工作。缺點是定位誤差是隨時間累積的累積誤差,精度受慣性導航系統影響。
2.GPS導航。優點是全球、全天候、持續的精確導航和定位能力,以及出色的實時性能。缺點是易受電磁幹擾;GPS接收機的工作受到飛機機動的影響。比如GPS的信號更新頻率壹般是1 Hz ~ 2 Hz。如果飛機需要快速更新導航信息,單靠GPS系統無法滿足飛機更新信息的需求。
3.多普勒導航。優點是自主性好,響應快,抗幹擾性強,測速精度高,可在各種氣候和地形條件下使用。缺點是工作時必須發射無線電波,所以隱蔽性不好;系統的工作受地形影響,性能與反射面的形狀有關。比如在水平面或沙漠上空工作時,會因反射性差而導致性能下降;精度受天線姿態影響;測量存在累積誤差,系統會隨著飛行距離的增加而增加誤差。
4.地形輔助導航。其優點是無累積誤差,隱蔽性好,抗幹擾能力強。缺點是計算量大,實時性受到限制;工作性能受地形影響,適用於起伏較大的地形,不適合在平原或海上使用;同時也受天氣影響,霧天多雲天氣條件下導航效果不好;要求飛機按規定航線飛行,不利於飛機的機動性。
5.地磁導航。地磁導航具有無源、無輻射、隱蔽性強、無敵方幹擾、全天候、全天候、全地形、低能耗的優良特性。導航沒有誤差積累,在跨海制導上有壹定優勢。缺點是地磁匹配需要存儲大量地磁數據;實時與計算機處理數據的能力有關。
6.綜合導航
組合導航是指將兩個或兩個以上的導航系統以適當的方式組合起來,利用它們在性能上的互補特性,可以獲得比任何壹個系統單獨使用時更高的導航性能。除了結合上面提到的導航技術,還可以應用壹些相關技術來提高精度,比如大氣數據系統和航跡計算技術。
1.INS/GPS組合導航系統
該組合的優點是:可以實現慣性傳感器的標定、慣性導航系統的空中對準和慣性導航系統高度通道的穩定,從而有效提高慣性導航系統的性能和精度;對於GPS系統,慣性導航系統的輔助可以提高其跟蹤衛星的能力,改善接收機的動態特性和抗幹擾能力。此外,INS/GPS組合還可以檢測GPS的完整性,從而提高可靠性。此外,還可以集成INS/GPS組合,將GPS接收機放入慣性導航組件中,進壹步減小系統的體積、質量和成本,便於慣性導航和GPS的同步,減少不同步誤差。INS/GPS組合導航系統是目前大多數無人機采用的主流自主導航技術[7-8]。美國的“全球鷹”和“捕食者”無人機都使用這種組合導航方式。
2.INS/多普勒組合導航系統的組合,既解決了多普勒導航受地形因素影響的問題,又解決了INS本身的累積誤差,同時兩個系統在隱蔽性上又是互補的。
3.慣性/地磁組合導航系統
利用地磁匹配技術的長期穩定性彌補慣性系統誤差隨時間積累的缺點,利用慣性導航系統的短期高精度彌補地磁匹配系統易受幹擾的缺點,可以實現慣性/地磁導航,具有自主性強、隱蔽性好、成本低、應用範圍廣等優點,是當前導航研究領域的熱點。
4.慣性導航系統/地形匹配組合導航系統
由於地形匹配定位的高精度,這種精確的位置信息可以用來消除慣性導航系統長期積累的誤差,提高慣性導航系統的定位精度。由於地形匹配輔助導航系統具有自主性和高精度的突出優勢,將其應用於裝載各種圖像傳感器的無人機導航系統,形成慣性/地形匹配組合導航系統,將是地形匹配輔助導航技術發展和應用的未來趨勢。
用於航跡計算的5.GPS/組合導航系統。
航跡計算的基本原理:在GPS失效的情況下,根據大氣數據計算機測得的空速、磁航向測得的真北航向和當地風速風向計算出地速和航跡角。當GPS定位信號中斷或質量差時,無人機的位置和速度由航跡計算系統確定。當GPS定位信號質量較好時,利用GPS的高精度定位信息對航跡推算系統進行修正,從而形成高精度、高可靠性的無人機導航定位系統,既高質量地保證了飛行安全和質量,又有效地降低了系統成本,使無人機擺脫了對雷達、測控站等地面系統的依賴。