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无人机导航定位技术简介与分析

无人机导航定位工作主要由组合定位定向导航系统完成，组合导航系统实时

闭环输出位置和姿态信息，为飞机提供精确的方向基准和位置坐标，同时实时根

据姿态信息对飞机飞行状态进行预测。组合导航系统由激光陀螺捷联惯性导航、

卫星定位系统接收机、组合导航计算机、里程计、高度表和基站雷达系统等组成。

结合了SAR图像导航的定位精度、自主性和星敏感器的星光导航系统的姿态测

定精度，从而保证了无人飞机的自主飞行。

无人机导航是按照要求的精度，沿着预定的航线在指定的时间内正确地引导

无人机至目的地。要使无人机成功完成预定的航行任务，除了起始点和目标的位

置之外，还必须知道无人机的实时位置、航行速度、航向等导航参数。目前在无

人机上采用的导航技术主要包括惯性导航、卫星导航、多普勒导航、地形辅助导

航以及地磁导航等。这些导航技术都有各自的优缺点，因此，在无人机导航中，

要根据无人机担负的不同任务来选择合适的导航定位技术至关重要。

一、单一导航技术

1惯性导航

惯性导航是以牛顿力学定律为基础，依靠安装在载体(飞机、舰船、火箭等)

内部的加速度计测量载体在三个轴向运动加速度，经积分运算得出载体的瞬时速

度和位置，以及测量载体姿态的一种导航方式。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。三自

由度陀螺仪用来测量飞行器的三个转动运动;三个加速度计用来测量飞行器的

三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。惯性导航完全依靠机载设备自主完成导航任务，工作时不依

赖外界信息，也不向外界辐射能量，不易受到干扰，不受气象条件限制，是一

种自主式的导航系统，具有完全自主、抗干扰、隐蔽性好、全天候工作、输出导

航信息多、数据更新率高等优点。实际的惯性导航可以完成空间的三维导航或

地面上的二维导航。

2定位卫星导航

定位卫星导航是通过不断对目标物体进行定位从而实现导航功能的。目前，

全球范围内有影响的卫星定位系统有美国的GPS，欧洲的伽利略，俄罗斯的格拉

纳斯。这里主要介绍现阶段应用较为广泛的GPS全球定位系统导航。

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GPS全球定位系统导航的基本原理:当GPS卫星正常工作时，会不断地用1

和0二进制码元组成的伪随机码(简称伪码)发射导航电文。导航电文包括卫星星

历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。当用户接

收到导航电文时，提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用

户的伪距R，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位

置，由于用户接收机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步，引进一个Δt

即卫星与接收机之间的时间差作为未知数。为了求出接收机的位置x、y、z，

只要接收机测出四颗卫星的伪距，利用公式(1)便可得到四个方程，联立起来便

可求出四个未知数x、y、z和Δt。

（1）

3多普勒导航

多普勒导航是飞行器常用的一种自主式导航，多普勒导航系统由磁罗盘或陀

螺仪表、多普勒雷达和导航计算机组成。它的工作原理是多普勒效应，机上的多

普勒导航雷达不断向地面发射电磁波，因飞机与电磁波照射的地面之间存在相

对运动，雷达接收到地面回波的频率与发射电磁波的频率ft