1、12 必要條件必要條件 對于操作者對于操作者 對于無人機自身對于無人機自身I.無人機導航技術發展現狀無人機導航技術發展現狀II.常見的幾類導航系統常見的幾類導航系統III. 全球鷹無人機導航系統分析全球鷹無人機導航系統分析IV. 無人機導航無人機導航技術技術的發展的發展趨勢趨勢3慣性導航捷聯慣導系統（SINS）主要導航系統衛星導航輔助導航設備4慣性/衛星定位組合是一種比較理想的組合導航系統。在無人機導航領域，多年來慣性/衛星定位組合導航系統的研究一直受到普遍的關注，大量的理論研究成果得到實際應用。1.單一導航a)衛星導航系統衛星導航系統 d ) 多普勒導航多普勒導航b)慣性導航系統慣性導航系統

2、(INS) e ) 圖形匹配導航系統圖形匹配導航系統c)無線電跟蹤系統 f ) 地磁導航g) 天文導航天文導航52. 組合導航a)INS / GPS 組合導航系統b)慣導慣導 / 多普勒組合導航系統c)慣導慣導 / 地磁組合導航系統d)慣導慣導 / 地形匹配組合導航系統e)GPS / 航跡推算組合導航系統 6全球范圍內有影響全球范圍內有影響的衛星定位系統的衛星定位系統: 78GPS導航原理導航原理910A.A.分類：平臺式慣導系統分類：平臺式慣導系統 & & 捷聯慣導系統捷聯慣導系統B.B.包含模塊：計算機、加速度計、陀螺儀或其他運動傳感器的平臺包含模塊：計算機、加速度計、陀螺

3、儀或其他運動傳感器的平臺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 姿態變化姿態變化 實現定位導航實現定位導航 初始條件初始條件11平臺式慣導系統平臺式慣導系統捷聯慣導原理圖捷聯慣導原理圖12慣導系統的特點慣導系統的特點A.A. 優點：優點：a.a.不依賴外界任何信息不依賴外界任何信息實現完全實現完全自主的自主的導航；導航；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. 缺點缺點：系統精度取決于單個系統精度取決于單個傳感器精度，實際空間位置的漂

4、移是不可避免傳感器精度，實際空間位置的漂移是不可避免的，并隨時的，并隨時間間累積。累積。1314多普勒導航系統是多普勒導航系統是利用利用多普勒多普勒效應效應實現實現的，該系統由的，該系統由磁羅盤或陀磁羅盤或陀螺儀表螺儀表、多普勒雷達多普勒雷達和和導航導航計算機計算機組成。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，可測出無人機的航向角。于指北針，可測出無人機的航向角。多普勒雷達多普勒雷達不斷地沿著某方向不斷地沿著某方向向地面發出無線電波，利用無人機向地面發出無線電波，利用無人機和地面有相對運動產生多普勒效應，和地面有相對運動產生多普勒效應，測出雷達測出雷達發射發射的電磁

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，從而計算出無人，從而計算出無人機相對于地面的飛行速度，速度的機相對于地面的飛行速度，速度的方向就是該點航線的方向。方向就是該點航線的方向。多普勒導航特點多普勒導航特點A.優點：優點：自主性自主性好，反應快，好，反應快，抗干擾性抗干擾性強，測速精度高，能用于各種氣候強，測速精度高，能用于各種氣候條條件。件。B.缺點：缺點：a.隱蔽性隱蔽性不好不好; b.系統系統工作受地形工作受地形影響；影響；c.測量測量有有積累誤差。積累誤差。15（地形輔助導航）（地形輔助導航） 預先將無人機經過的地域，通過大地測量、預先將無人機經過的地域，通過大地測

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據（主要數據（主要是是地形地形位置和高度位置和高度數據）制成數據）制成數字化地圖，數字化地圖，存貯在存貯在機載計算機機載計算機中，當飛機飛越上述區域時，其上的探測中，當飛機飛越上述區域時，其上的探測設備再次設備再次對該區域進行測量并與預先存儲的原圖進行對該區域進行測量并與預先存儲的原圖進行比較比較，確定實際位置和位，確定實際位置和位置偏差，從而實現對無人機置偏差，從而實現對無人機的導航。的導航。 單純單純的圖形匹配導航不能提供地理坐標的圖形匹配導航不能提供地理坐標位置位置，必須和其他導航方式進，必須和其他導航方式進行組合

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。 圖形圖形匹配導航可分為地形匹配匹配導航可分為地形匹配導航和導航和景像匹配導航兩種景像匹配導航兩種。16圖形匹配導航優缺點圖形匹配導航優缺點A.A. 優點：沒有優點：沒有累積誤差，累積誤差，隱蔽性隱蔽性好，抗干擾性能較強好，抗干擾性能較強。B.B. 缺點：缺點：a.a. 實時性實時性受到受到制約；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. 飛行器飛行器的機動性。的機動性。17基本原理：基本原理：地磁場地磁場是矢量場，在地球近地空間內任意是矢量場，在地球近地空間內任意一點的一點的地

8、磁矢量與其它地地磁矢量與其它地點的地磁矢量是不同的，且點的地磁矢量是不同的，且與該與該地點的經緯度是一一對應的。因此，理地點的經緯度是一一對應的。因此，理論上論上只要知道只要知道該點的地磁場矢量就可實現全球該點的地磁場矢量就可實現全球定位。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地磁導航特點地磁導航特點A.A. 優點：無源優點：無源、無輻射、無輻射、隱蔽性隱蔽性強，不受敵方干擾、全天時、全天候、強，不受敵方干擾、全天時、全天候、全地域全地域、能耗、能耗低的優良特征，導航不存在誤差積累，在跨低的優良特征，導航不存在誤差積累，在跨海制導海制

9、導方方面有一定的優勢面有一定的優勢。B.B. 缺點：缺點：a.a. 地磁地磁匹配需要匹配需要存儲大量存儲大量的地磁的地磁數據；數據；b.b. 實時性與計算機處理數據的實時性與計算機處理數據的能力有關能力有關地磁導航系統目前尚未成功應用于無人機（地磁導航系統目前尚未成功應用于無人機（2015.62015.6）19天文導航是根據天體來測定飛行器位置和天文導航是根據天體來測定飛行器位置和航向的航向的導航技術導航技術。天體坐標位置天體坐標位置天體運動規律天體運動規律 飛機高度角飛機高度角 飛機位置飛機位置地平信息地平信息特點：特點：1 1）應用范圍廣（海陸空均可）應用范圍廣（海陸空均可） 2 2） 可

10、靠性可靠性高、自主性強、高、自主性強、隱蔽性好隱蔽性好20構成幾何算法21 組合導航是指把兩種或兩種以上的導航系統組合導航是指把兩種或兩種以上的導航系統以適當以適當的方式的方式組合在一起，利用其組合在一起，利用其性能上的互補特性性能上的互補特性可以獲得比單獨使可以獲得比單獨使用任一系統時更高的導航用任一系統時更高的導航性能。性能。 除了可以將以上介紹的導航技術進行組合除了可以將以上介紹的導航技術進行組合之外之外，還可以應，還可以應用一些相關技術提高精度，比如用一些相關技術提高精度，比如大氣數據系統大氣數據系統、航跡推算、航跡推算技術等。技術等。22 組合導航常以組合導航常以 INS INS 作

11、為主導航系統，而將其他導航定位誤差不隨時作為主導航系統，而將其他導航定位誤差不隨時間積累的間積累的導航系統導航系統，如無線電導航、天文導航、地形匹配導航和，如無線電導航、天文導航、地形匹配導航和衛星衛星導航導航等系統作為等系統作為輔助導航系統。輔助導航系統。GPS GPS 的低動態、窄帶寬、高的低動態、窄帶寬、高精度精度 “黃金組合黃金組合”INSINS的的高動態、高動態、寬頻帶寬頻帶、誤差慢漂移、誤差慢漂移特性特性典型應用案例：典型應用案例：全球鷹、捕食者全球鷹、捕食者2324X-47BX-47B雷神雷神法國神經元HTV-2HTV-2 精確精確全球鷹無人機的定位精度可達10 m內；姿態角精度

12、20，姿態角分辨率優于1；航向角精度1；航向角分辨率優于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整導航系統以保證導航精度滿足要求；盡可能保持靜默，以使自己被發現、被攻擊的可能性最小。 長航長航時時 高空長航時無人機要飛行數十小時，這就需要導航系統的高度穩定；一些可用于短程無人機的緩慢發散的導航方法并不適合高空長航時無人機。 2526 KN4072 INS/GPSKN4072 INS/GPS導航系統導航系統 設備硬件設備硬件 大氣數據系統大氣數據系統1.1.導航系統組成導航系統組成 IMMCIMMC 信息融合算法信息融合算法 機載軟件機載軟件 故障檢測隔離算法故障檢測隔離

13、算法 全球鷹無人機整體導航示意圖全球鷹無人機整體導航示意圖2. 傳感器配置特點傳感器配置特點1）使用）使用激光捷聯慣導系統作為激光捷聯慣導系統作為慣性導航系統慣性導航系統 優點：優點： 準備時間短準備時間短 角速度測量范圍寬、線性度好角速度測量范圍寬、線性度好 可靠性可靠性好，價格好，價格較較便宜便宜2）INS/GPS采用一體化采用一體化設計設計(KN4072)3）開放式的傳感器）開放式的傳感器管理管理(IMMC)27KN4072實物圖實物圖1.INS/GPS組合系統作為主要導航系統組合系統作為主要導航系統2.SINS/GPS/ADS的組合導航系統的組合導航系統結構結構 大氣數據系統大氣數據系

14、統(ADS)是一是一種自主、無源工作的系統種自主、無源工作的系統，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，在高空長航時無人機的全程在高空長航時無人機的全程都可以使用，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。 增強導航系統的容錯性和增強導航系統的容錯性和可靠性。可靠性。28全球鷹無人機偵察范圍能夠覆蓋全球鷹無人機偵察范圍能夠覆蓋74 000 km74 000 km2 2。超。超強的續航能力和偵強的續航能力和偵察能力使得全球鷹無人機察能力使得全球鷹無人機可以在可以在全球范圍內執行多種任務。全球鷹無人全球范圍內執行多種任務。全球鷹無人機載有機載有的偵察的偵察任務設備包括紅外光電系統任務設備包括紅外光電系統, ,合成孔徑雷達合成孔徑雷達，可可執行的偵察執行的偵察任務包括任務包括長時間隱蔽在任務區域長時間隱蔽在任務區域高空偵察高空偵察敵方重要軍事敵方重要軍事目標目標，如，如機動導機動導彈彈發射架，或動態發射架，或動態監視敵軍監視敵軍行動，并行動，并實時通過