1、12 必要條件必要條件 對(duì)于操作者對(duì)于操作者 對(duì)于無(wú)人機(jī)自身對(duì)于無(wú)人機(jī)自身I.無(wú)人機(jī)導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀無(wú)人機(jī)導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀I(lǐng)I.常見的幾類導(dǎo)航系統(tǒng)常見的幾類導(dǎo)航系統(tǒng)III. 全球鷹無(wú)人機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)分析全球鷹無(wú)人機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)分析IV. 無(wú)人機(jī)導(dǎo)航無(wú)人機(jī)導(dǎo)航技術(shù)技術(shù)的發(fā)展的發(fā)展趨勢(shì)趨勢(shì)3慣性導(dǎo)航捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)（SINS）主要導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航輔助導(dǎo)航設(shè)備4慣性/衛(wèi)星定位組合是一種比較理想的組合導(dǎo)航系統(tǒng)。在無(wú)人機(jī)導(dǎo)航領(lǐng)域，多年來(lái)慣性/衛(wèi)星定位組合導(dǎo)航系統(tǒng)的研究一直受到普遍的關(guān)注，大量的理論研究成果得到實(shí)際應(yīng)用。1.單一導(dǎo)航a)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) d ) 多普勒導(dǎo)航多普勒導(dǎo)航b)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)

2、(INS) e ) 圖形匹配導(dǎo)航系統(tǒng)圖形匹配導(dǎo)航系統(tǒng)c)無(wú)線電跟蹤系統(tǒng) f ) 地磁導(dǎo)航g) 天文導(dǎo)航天文導(dǎo)航52. 組合導(dǎo)航a)INS / GPS 組合導(dǎo)航系統(tǒng)b)慣導(dǎo)慣導(dǎo) / 多普勒組合導(dǎo)航系統(tǒng)c)慣導(dǎo)慣導(dǎo) / 地磁組合導(dǎo)航系統(tǒng)d)慣導(dǎo)慣導(dǎo) / 地形匹配組合導(dǎo)航系統(tǒng)e)GPS / 航跡推算組合導(dǎo)航系統(tǒng) 6全球范圍內(nèi)有影響全球范圍內(nèi)有影響的衛(wèi)星定位系統(tǒng)的衛(wèi)星定位系統(tǒng): 78GPS導(dǎo)航原理導(dǎo)航原理910A.A.分類：平臺(tái)式慣導(dǎo)系統(tǒng)分類：平臺(tái)式慣導(dǎo)系統(tǒng) & & 捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)B.B.包含模塊：計(jì)算機(jī)、加速度計(jì)、陀螺儀或其他運(yùn)動(dòng)傳感器的平臺(tái)包含模塊：計(jì)算機(jī)、加速度計(jì)、陀螺

3、儀或其他運(yùn)動(dòng)傳感器的平臺(tái)C.C.工作原理：工作原理： 加速度加速度 位置變化位置變化 速度變化速度變化 角速度角速度 姿態(tài)變化姿態(tài)變化 實(shí)現(xiàn)定位導(dǎo)航實(shí)現(xiàn)定位導(dǎo)航 初始條件初始條件11平臺(tái)式慣導(dǎo)系統(tǒng)平臺(tái)式慣導(dǎo)系統(tǒng)捷聯(lián)慣導(dǎo)原理圖捷聯(lián)慣導(dǎo)原理圖12慣導(dǎo)系統(tǒng)的特點(diǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)的特點(diǎn)A.A. 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：a.a.不依賴外界任何信息不依賴外界任何信息實(shí)現(xiàn)完全實(shí)現(xiàn)完全自主的自主的導(dǎo)航；導(dǎo)航；b.b.隱蔽性好；隱蔽性好；c.c.不不受外界受外界干擾；干擾；d.d.不受地形影響；不受地形影響；e.e.能夠能夠全天候工作全天候工作。B. B. 缺點(diǎn)缺點(diǎn)：系統(tǒng)精度取決于單個(gè)系統(tǒng)精度取決于單個(gè)傳感器精度，實(shí)際空間位置的漂

4、移是不可避免傳感器精度，實(shí)際空間位置的漂移是不可避免的，并隨時(shí)的，并隨時(shí)間間累積。累積。1314多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)是多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)是利用利用多普勒多普勒效應(yīng)效應(yīng)實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)的，該系統(tǒng)由的，該系統(tǒng)由磁羅盤或陀磁羅盤或陀螺儀表螺儀表、多普勒雷達(dá)多普勒雷達(dá)和和導(dǎo)航導(dǎo)航計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)組成。組成。磁磁羅盤或陀螺儀表的作用類似羅盤或陀螺儀表的作用類似于指北針，可測(cè)出無(wú)人機(jī)的航向角。于指北針，可測(cè)出無(wú)人機(jī)的航向角。多普勒雷達(dá)多普勒雷達(dá)不斷地沿著某方向不斷地沿著某方向向地面發(fā)出無(wú)線電波，利用無(wú)人機(jī)向地面發(fā)出無(wú)線電波，利用無(wú)人機(jī)和地面有相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，和地面有相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，測(cè)出雷達(dá)測(cè)出雷達(dá)發(fā)射發(fā)射的電磁

5、波和接收到的的電磁波和接收到的回波的回波的頻率變化頻率變化，從而計(jì)算出無(wú)人，從而計(jì)算出無(wú)人機(jī)相對(duì)于地面的飛行速度，速度的機(jī)相對(duì)于地面的飛行速度，速度的方向就是該點(diǎn)航線的方向。方向就是該點(diǎn)航線的方向。多普勒導(dǎo)航特點(diǎn)多普勒導(dǎo)航特點(diǎn)A.優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：自主性自主性好，反應(yīng)快，好，反應(yīng)快，抗干擾性抗干擾性強(qiáng)，測(cè)速精度高，能用于各種氣候強(qiáng)，測(cè)速精度高，能用于各種氣候條條件。件。B.缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：a.隱蔽性隱蔽性不好不好; b.系統(tǒng)系統(tǒng)工作受地形工作受地形影響；影響；c.測(cè)量測(cè)量有有積累誤差。積累誤差。15（地形輔助導(dǎo)航）（地形輔助導(dǎo)航） 預(yù)先將無(wú)人機(jī)經(jīng)過(guò)的地域，通過(guò)大地測(cè)量、預(yù)先將無(wú)人機(jī)經(jīng)過(guò)的地域，通過(guò)大地測(cè)

6、量、航空攝影航空攝影或已有的地形圖或已有的地形圖等方法將地形等方法將地形數(shù)據(jù)（主要數(shù)據(jù)（主要是是地形地形位置和高度位置和高度數(shù)據(jù)）制成數(shù)據(jù)）制成數(shù)字化地圖，數(shù)字化地圖，存貯在存貯在機(jī)載計(jì)算機(jī)機(jī)載計(jì)算機(jī)中，當(dāng)飛機(jī)飛越上述區(qū)域時(shí)，其上的探測(cè)中，當(dāng)飛機(jī)飛越上述區(qū)域時(shí)，其上的探測(cè)設(shè)備再次設(shè)備再次對(duì)該區(qū)域進(jìn)行測(cè)量并與預(yù)先存儲(chǔ)的原圖進(jìn)行對(duì)該區(qū)域進(jìn)行測(cè)量并與預(yù)先存儲(chǔ)的原圖進(jìn)行比較比較，確定實(shí)際位置和位，確定實(shí)際位置和位置偏差，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)置偏差，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)的導(dǎo)航。的導(dǎo)航。 單純單純的圖形匹配導(dǎo)航不能提供地理坐標(biāo)的圖形匹配導(dǎo)航不能提供地理坐標(biāo)位置位置，必須和其他導(dǎo)航方式進(jìn)，必須和其他導(dǎo)航方式進(jìn)行組合

7、，更多的是和行組合，更多的是和圖形圖形/慣性組合慣性組合。 圖形圖形匹配導(dǎo)航可分為地形匹配匹配導(dǎo)航可分為地形匹配導(dǎo)航和導(dǎo)航和景像匹配導(dǎo)航兩種景像匹配導(dǎo)航兩種。16圖形匹配導(dǎo)航優(yōu)缺點(diǎn)圖形匹配導(dǎo)航優(yōu)缺點(diǎn)A.A. 優(yōu)點(diǎn)：沒(méi)有優(yōu)點(diǎn)：沒(méi)有累積誤差，累積誤差，隱蔽性隱蔽性好，抗干擾性能較強(qiáng)好，抗干擾性能較強(qiáng)。B.B. 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：a.a. 實(shí)時(shí)性實(shí)時(shí)性受到受到制約；制約；b.b. 工作工作性能受地形性能受地形影響；影響； c.c. 受受天氣天氣影響；影響；d.d. 飛行器飛行器的機(jī)動(dòng)性。的機(jī)動(dòng)性。17基本原理：基本原理：地磁場(chǎng)地磁場(chǎng)是矢量場(chǎng)，在地球近地空間內(nèi)任意是矢量場(chǎng)，在地球近地空間內(nèi)任意一點(diǎn)的一點(diǎn)的地

8、磁矢量與其它地地磁矢量與其它地點(diǎn)的地磁矢量是不同的，且點(diǎn)的地磁矢量是不同的，且與該與該地點(diǎn)的經(jīng)緯度是一一對(duì)應(yīng)的。因此，理地點(diǎn)的經(jīng)緯度是一一對(duì)應(yīng)的。因此，理論上論上只要知道只要知道該點(diǎn)的地磁場(chǎng)矢量就可實(shí)現(xiàn)全球該點(diǎn)的地磁場(chǎng)矢量就可實(shí)現(xiàn)全球定位。定位。分類：分類：a.地磁匹配（研究中更為廣泛）地磁匹配（研究中更為廣泛）b.地形濾波地形濾波18地磁導(dǎo)航特點(diǎn)地磁導(dǎo)航特點(diǎn)A.A. 優(yōu)點(diǎn)：無(wú)源優(yōu)點(diǎn)：無(wú)源、無(wú)輻射、無(wú)輻射、隱蔽性隱蔽性強(qiáng)，不受敵方干擾、全天時(shí)、全天候、強(qiáng)，不受敵方干擾、全天時(shí)、全天候、全地域全地域、能耗、能耗低的優(yōu)良特征，導(dǎo)航不存在誤差積累，在跨低的優(yōu)良特征，導(dǎo)航不存在誤差積累，在跨海制導(dǎo)海制

9、導(dǎo)方方面有一定的優(yōu)勢(shì)面有一定的優(yōu)勢(shì)。B.B. 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：a.a. 地磁地磁匹配需要匹配需要存儲(chǔ)大量存儲(chǔ)大量的地磁的地磁數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)；b.b. 實(shí)時(shí)性與計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性與計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的能力有關(guān)能力有關(guān)地磁導(dǎo)航系統(tǒng)目前尚未成功應(yīng)用于無(wú)人機(jī)（地磁導(dǎo)航系統(tǒng)目前尚未成功應(yīng)用于無(wú)人機(jī)（2015.62015.6）19天文導(dǎo)航是根據(jù)天體來(lái)測(cè)定飛行器位置和天文導(dǎo)航是根據(jù)天體來(lái)測(cè)定飛行器位置和航向的航向的導(dǎo)航技術(shù)導(dǎo)航技術(shù)。天體坐標(biāo)位置天體坐標(biāo)位置天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律 飛機(jī)高度角飛機(jī)高度角 飛機(jī)位置飛機(jī)位置地平信息地平信息特點(diǎn)：特點(diǎn)：1 1）應(yīng)用范圍廣（海陸空均可）應(yīng)用范圍廣（海陸空均可） 2 2） 可

10、靠性可靠性高、自主性強(qiáng)、高、自主性強(qiáng)、隱蔽性好隱蔽性好20構(gòu)成幾何算法21 組合導(dǎo)航是指把兩種或兩種以上的導(dǎo)航系統(tǒng)組合導(dǎo)航是指把兩種或兩種以上的導(dǎo)航系統(tǒng)以適當(dāng)以適當(dāng)?shù)姆绞降姆绞浇M合在一起，利用其組合在一起，利用其性能上的互補(bǔ)特性性能上的互補(bǔ)特性可以獲得比單獨(dú)使可以獲得比單獨(dú)使用任一系統(tǒng)時(shí)更高的導(dǎo)航用任一系統(tǒng)時(shí)更高的導(dǎo)航性能。性能。 除了可以將以上介紹的導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)行組合除了可以將以上介紹的導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)行組合之外之外，還可以應(yīng)，還可以應(yīng)用一些相關(guān)技術(shù)提高精度，比如用一些相關(guān)技術(shù)提高精度，比如大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)、航跡推算、航跡推算技術(shù)等。技術(shù)等。22 組合導(dǎo)航常以組合導(dǎo)航常以 INS INS 作

11、為主導(dǎo)航系統(tǒng)，而將其他導(dǎo)航定位誤差不隨時(shí)作為主導(dǎo)航系統(tǒng)，而將其他導(dǎo)航定位誤差不隨時(shí)間積累的間積累的導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航系統(tǒng)，如無(wú)線電導(dǎo)航、天文導(dǎo)航、地形匹配導(dǎo)航和，如無(wú)線電導(dǎo)航、天文導(dǎo)航、地形匹配導(dǎo)航和衛(wèi)星衛(wèi)星導(dǎo)航導(dǎo)航等系統(tǒng)作為等系統(tǒng)作為輔助導(dǎo)航系統(tǒng)。輔助導(dǎo)航系統(tǒng)。GPS GPS 的低動(dòng)態(tài)、窄帶寬、高的低動(dòng)態(tài)、窄帶寬、高精度精度 “黃金組合黃金組合”INSINS的的高動(dòng)態(tài)、高動(dòng)態(tài)、寬頻帶寬頻帶、誤差慢漂移、誤差慢漂移特性特性典型應(yīng)用案例：典型應(yīng)用案例：全球鷹、捕食者全球鷹、捕食者2324X-47BX-47B雷神雷神法國(guó)神經(jīng)元HTV-2HTV-2 精確精確全球鷹無(wú)人機(jī)的定位精度可達(dá)10 m內(nèi)；姿態(tài)角精度

12、20，姿態(tài)角分辨率優(yōu)于1；航向角精度1；航向角分辨率優(yōu)于1。 可靠可靠要求其具有極高的可靠性和自主性,可以在不同條件下調(diào)整導(dǎo)航系統(tǒng)以保證導(dǎo)航精度滿足要求；盡可能保持靜默，以使自己被發(fā)現(xiàn)、被攻擊的可能性最小。 長(zhǎng)航長(zhǎng)航時(shí)時(shí) 高空長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)要飛行數(shù)十小時(shí)，這就需要導(dǎo)航系統(tǒng)的高度穩(wěn)定；一些可用于短程無(wú)人機(jī)的緩慢發(fā)散的導(dǎo)航方法并不適合高空長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)。 2526 KN4072 INS/GPSKN4072 INS/GPS導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航系統(tǒng) 設(shè)備硬件設(shè)備硬件 大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)1.1.導(dǎo)航系統(tǒng)組成導(dǎo)航系統(tǒng)組成 IMMCIMMC 信息融合算法信息融合算法 機(jī)載軟件機(jī)載軟件 故障檢測(cè)隔離算法故障檢測(cè)隔離

13、算法 全球鷹無(wú)人機(jī)整體導(dǎo)航示意圖全球鷹無(wú)人機(jī)整體導(dǎo)航示意圖2. 傳感器配置特點(diǎn)傳感器配置特點(diǎn)1）使用）使用激光捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)作為激光捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)作為慣性導(dǎo)航系統(tǒng)慣性導(dǎo)航系統(tǒng) 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 準(zhǔn)備時(shí)間短準(zhǔn)備時(shí)間短 角速度測(cè)量范圍寬、線性度好角速度測(cè)量范圍寬、線性度好 可靠性可靠性好，價(jià)格好，價(jià)格較較便宜便宜2）INS/GPS采用一體化采用一體化設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)(KN4072)3）開放式的傳感器）開放式的傳感器管理管理(IMMC)27KN4072實(shí)物圖實(shí)物圖1.INS/GPS組合系統(tǒng)作為主要導(dǎo)航系統(tǒng)組合系統(tǒng)作為主要導(dǎo)航系統(tǒng)2.SINS/GPS/ADS的組合導(dǎo)航系統(tǒng)的組合導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)大氣數(shù)據(jù)系

14、統(tǒng)(ADS)是一是一種自主、無(wú)源工作的系統(tǒng)種自主、無(wú)源工作的系統(tǒng)，可靠性較高，可靠性較高，而且不受高度、地形等因素的影響而且不受高度、地形等因素的影響，在高空長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)的全程在高空長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)的全程都可以使用，因此，是都可以使用，因此，是一種較為理想的信息源。一種較為理想的信息源。 增強(qiáng)導(dǎo)航系統(tǒng)的容錯(cuò)性和增強(qiáng)導(dǎo)航系統(tǒng)的容錯(cuò)性和可靠性。可靠性。28全球鷹無(wú)人機(jī)偵察范圍能夠覆蓋全球鷹無(wú)人機(jī)偵察范圍能夠覆蓋74 000 km74 000 km2 2。超。超強(qiáng)的續(xù)航能力和偵強(qiáng)的續(xù)航能力和偵察能力使得全球鷹無(wú)人機(jī)察能力使得全球鷹無(wú)人機(jī)可以在可以在全球范圍內(nèi)執(zhí)行多種任務(wù)。全球鷹無(wú)人全球范圍內(nèi)執(zhí)行多種任務(wù)。全球鷹無(wú)人機(jī)載有機(jī)載有的偵察的偵察任務(wù)設(shè)備包括紅外光電系統(tǒng)任務(wù)設(shè)備包括紅外光電系統(tǒng), ,合成孔徑雷達(dá)合成孔徑雷達(dá)，可可執(zhí)行的偵察執(zhí)行的偵察任務(wù)包括任務(wù)包括長(zhǎng)時(shí)間隱蔽在任務(wù)區(qū)域長(zhǎng)時(shí)間隱蔽在任務(wù)區(qū)域高空偵察高空偵察敵方重要軍事敵方重要軍事目標(biāo)目標(biāo)，如，如機(jī)動(dòng)導(dǎo)機(jī)動(dòng)導(dǎo)彈彈發(fā)射架，或動(dòng)態(tài)發(fā)射架，或動(dòng)態(tài)監(jiān)視敵軍監(jiān)視敵軍行動(dòng)，并行動(dòng)，并實(shí)時(shí)通過(guò)