无人机概论 无人机概论 、无人机导航系统.pptxVIP

一般来说 ， 无人驾驶飞行器的导航定位装置大致可 分为自主式与非自主式两类 。采用线控和遥控方式 的无人机 ， 基本上都是在目视或无线电测控系统能 够“观察 ”到的范围内飞行 ， 可以不带专门的机载 导航定位设备 ， 其航线和飞行状态的修正由地面操 纵员适时控制。 远程无人机在执行任务时 ， 其活动半径往往已超出 地面站观察和测控的范围(使用卫星通信和中继通信 的除外) ， 所以 ， 需要采用自主导航方式 ， 由机载导 航设备(如惯导 、GPS导航系统等)独立完成精确导航 任务。 无人机导航系统 1.无人机导航技术发展现状 6. 1 导航概述 2.常见的几类导航系统 单一导航： 组合导航 卫星导航系统 多普勒导航 INS/GPS组合导航系统 惯性导航系统(INS) 惯导/多普勒组合导航系统 图形匹配导航系统 惯导/地磁组合导航系统 无线电跟踪系统 惯导/地形匹配组合导航系统 地磁导航 GPS/航迹推算组合导航系统 天文导航 6. 1 导航概述 惯性导航（inertial navigation ）： 通过测量飞行器的加速度 ， 并 动进行积分运算 ， 获得飞行器瞬时速度和瞬时位置数据的技术。 惯性导航系统属于一种推算导航方式 。 即从一 已知点的位置根据 连续测得的运载体航向角和速度推算出其下一点的位置． 因而可 连续测出运动体的当前位置 。惯性导航系统中的陀螺仪用来形成 一个导航坐标系使加速度计的测量轴稳定在该坐标系中并给出航 向和姿态角； 加速度计用来测量运动体的加速度经过对时间的一 次积分得到速度 ， 速度再经过对时间的一次积分即可得到距离。 6. 1 导航概述 6. 1. 1 惯性导航技术 1、发展 17世纪 ， 牛顿研究了高速旋转刚体的力学问题 。牛顿力学定律是惯性导 航的理论基础 。 1852年傅科称这种刚体为陀螺 ， 后来制成供姿态测量用的陀 螺仪 。 1906年H.安休兹制成陀螺方向仪 ， 其自转轴能指向固定的方向 。 1907 年他又在方向仪上增加摆性 ， 制成陀螺罗盘 。这些成果成为惯性导航系统的 先导 。 1923年M.舒拉发表“舒拉摆 ”理论 ， 解决了在运动载体上建立垂线的 问题 ， 使加速度计的误差不致引起惯性导航系统误差的发散 ， 为工程上实现 惯性导航提供了理论依据 。 1954年惯性导航系统在飞机上试飞成功 。 1958年， “舡鱼 ”号潜艇依靠惯性导航穿过北极在冰下航行21天 。 中国从1956年开始 研制惯性导航系统 ， 自1970年以来 ， 在多次发射的人造地球卫星和火箭上， 以及各种飞机上 ， 都采用了本国研制的惯性导航系统。 6. 1 导航概述 6. 1. 1 惯性导航技术 2、原理 惯性导航的基本工作原理是以牛顿力学定律为基础 ， 通过测量载体在惯 性参考系的加速度 ， 将它对时间进行积分 ， 且把它变换到导航坐标系中 ， 就 能够得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置等信息 。惯性导航系统属于 一种推算导航方式 。 即从一 已知点的位置根据连续测得的运载体航向角和速 度推算出其下一点的位置 。 因而可连续测出运动体的当前位置 。惯性导航系 统中的陀螺仪用来形成一个导航坐标系使加速度计的测量轴稳定在该坐标系 中并给出航向和姿态角； 加速度计用来测量运动体的加速度经过对时间的一 次和分得到速度 ， 速度再经过对时间的一次积分即可得到距离。 6. 1 导航概述 6. 1. 1 惯性导航技术 3、分类与组成 惯性导航系统通常由惯性测量装置、计算机、控制显示器等组成 。惯性测 量装置包括加速度计和陀螺仪 ， 又称惯性导航组合 。3个自由度陀螺仪用 来测量飞行器的三个转动运动； 3个加速度计用来测量飞行器的3个平移运 动的加速度 。计算机根据测得的加速度信号计算出飞行器的速度和位置数 据 。控制显示器显示各种导航参数 ， 实现功能。 常用的惯导系统分为： 平台式和捷联式。 6. 1 导航概述 6. 1. 1 惯性导航技术 （1） 、平台式惯性导航 平台式惯性导航系统是将陀螺仪和加速度等惯性元件通过万向支架角运 动隔离系统与运动载物固联的惯性导航系统。 6. 1 导航概述 6. 1. 1 惯性导航技术 平台式惯性导航原理示意图 （2） 、捷联式惯性导航(strap-down inertial navigation) 捷联惯导系统（SINS） 是在平台式惯导系统基础上发展而来的 ， 它是一 种无框架系统 ， 由三个速率陀螺、三个线加速度计和微型计算机组成。 6. 1 导航概述 6. 1. 1 惯性导航技术 捷联式惯性导航原理示意图 6. 1 导航概述 6 .