无人机SINS/GPS/CNS/CCD组合导航实时仿真技术研究

admin · 发表于 2023-9-19 15:27:39

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针对高空长航时无人机高精度导航系统的研究，本文设计并搭建了一个基于联邦滤波理论的组合导航实时仿真平台，完成了相关软硬件的集成和开发，并在此平台上进行了组合导航系统的仿真研究。同时对基于视觉导航的无人机着陆技术进行了研究。具体内容如下： 1、定义了整个导航系统研究采用的坐标系系统，建立了相关坐标系之间的转化矩阵。 2、信号模拟器框架的建立，数据源的产生方式，数据的转化过程，以及软件的界面和使用方法的介绍。针对飞控和导航系统是否闭环连接分别设计了两个信号模拟器，且使用方便。 3、完成了整个捷联惯导系统的仿真模拟，以20ms的周期产生导航输出数据，介绍了整个捷联惯导系统的数学模型和解算过程，包括位置、速度和姿态更新。建立捷联惯导系统器件的误差模型，以模拟真实的器件输出，以及为之后建立状态方程准备。捷联惯导系统整个程序的流程图以及界面设计，对单独的惯导系统进行仿真及分析。 4、介绍了天文导航和卫星导航系统的工作原理和仿真实现，给出了软件程序的流程图和界面的使用方法。 5、重点研究基于联邦卡尔曼滤波理论的SINS/GPS/CNS组合导航系统设计过程，以输出导航信息最为完整的捷联惯导系统作为参考系统，卫星导航系统和捷联惯导系统，天文导航系统和捷联惯导系统组成两个子滤波器，最后进行融合来修正惯导输出。建立了联邦滤波器的状态方程和量测方程，采用基于对角阵加权的融合算法，基于量测一致性的故障诊断方法。完成了具有故障诊断，系统重构功能的SINS/GPS/CNS组合导航系统，并对软件实现的流程图进行介绍。 6、在搭建好的仿真平台上进行研究分析，分别进行了纯SINS、SINS/GPS组合、SINS/GPS/CNS组合导航仿真试验，试验内容包括：改变陀螺和加速度计精度；将加入飞控的导航系统和仅有导航系统的结果进行对比分析；GPS误差扩大对比分析。将捷联惯导系统的各个误差系数扩大进行对比分析。 7、分析了基于视觉原理的无人机着陆引导系统，在飞机与跑道相对距离较近时，视觉导航的精度较高，可在相对机场跑道距离10~100米时采用视觉导航提供位置信息进行着陆引导。

无人机SINS/GPS/CNS/CCD组合导航实时仿真技术研究

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