無(wú)人機(jī)導(dǎo)航技術(shù)及其特點(diǎn)解析

李梓衡

摘 要 無(wú)人機(jī)作為一種新型飛行設(shè)備，由于無(wú)人機(jī)是遠(yuǎn)程操控或自動(dòng)化操作，因此導(dǎo)航技術(shù)顯得十分重要。基于此，本文首先分析無(wú)極導(dǎo)向技術(shù)及其特點(diǎn)，進(jìn)而探究無(wú)人機(jī)導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞 無(wú)人機(jī);導(dǎo)航技術(shù);特點(diǎn);發(fā)展趨勢(shì)

引言

無(wú)人機(jī)是指借助計(jì)算機(jī)中心控制站實(shí)現(xiàn)一系列的飛行任務(wù)，為了保證無(wú)人機(jī)的可控性和可靠性，必須要確保無(wú)人機(jī)導(dǎo)航精度，這樣才能夠沿著預(yù)設(shè)航線飛行，實(shí)現(xiàn)相關(guān)任務(wù)。無(wú)人機(jī)導(dǎo)航不僅要確定起始點(diǎn)、目標(biāo)位置，同時(shí)還要掌握無(wú)人機(jī)飛行中的實(shí)時(shí)位置、飛行速度、航向等信息。我國(guó)無(wú)人機(jī)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了幾十年，特別是在信息技術(shù)支持下，進(jìn)一步推動(dòng)了無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程，其導(dǎo)航技術(shù)也隨之更新。

1無(wú)人機(jī)導(dǎo)航技術(shù)及其特點(diǎn)

1.1 單一導(dǎo)航技術(shù)

（1）慣性導(dǎo)航技術(shù)。以牛頓力學(xué)為基礎(chǔ)，無(wú)人機(jī)內(nèi)部安裝加速度計(jì)量載體，實(shí)現(xiàn)X、Y、Z軸向運(yùn)動(dòng)加速度，通過(guò)系統(tǒng)計(jì)算得出載體位置、瞬時(shí)速度、姿態(tài)。慣性裝置主要包括速度計(jì)、陀螺儀[1]。該項(xiàng)技術(shù)對(duì)外界信息依賴性低，可以實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航，具備較好的隱蔽性。但是定位誤差較大，并且誤差會(huì)逐漸累積。

（2）GPS導(dǎo)航。GPS導(dǎo)航可以對(duì)目標(biāo)進(jìn)行衛(wèi)星定位，從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航功能。該導(dǎo)航技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)全天候、連續(xù)、全球性精密導(dǎo)航，配合無(wú)線信息技術(shù)可以保證信息傳遞實(shí)時(shí)性。但抗電磁干擾能力弱，容易受到飛行器的影響。

（3）地形輔助導(dǎo)航。該項(xiàng)技術(shù)是指無(wú)人機(jī)飛行中利用系統(tǒng)存儲(chǔ)的路線特征數(shù)據(jù)，配合無(wú)人機(jī)飛行測(cè)量數(shù)據(jù)不斷修正參數(shù)的一項(xiàng)技術(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中不會(huì)出現(xiàn)累積誤差、隱蔽性較好、抗干擾能力強(qiáng)。但系統(tǒng)計(jì)算量較大，難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信息傳輸，受到地形影響較大，地形起伏越大適應(yīng)性越強(qiáng)，因此海面、平原使用性能不佳，同時(shí)還會(huì)受到天氣因素影響，如多云、大霧天等。

（4）多普勒導(dǎo)航。作為一種自助式導(dǎo)航，其中涵蓋了陀螺儀表、多普勒雷達(dá)、導(dǎo)航計(jì)算，主要借助了多普勒效應(yīng)。具有反應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)、精度高、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。但使用中必須要發(fā)射電波，隱蔽性不足，導(dǎo)航精度受飛行姿態(tài)影響較大[2]。

（5）地磁導(dǎo)航。將地磁作為矢量場(chǎng)，在近地空間某個(gè)點(diǎn)量與其余電量均有差異，并且與經(jīng)緯度有對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此地磁的獨(dú)特性決定了地磁矢量的定位功能。該項(xiàng)技術(shù)無(wú)須發(fā)射電波，隱蔽性強(qiáng)，不受外界因素干擾，適應(yīng)性強(qiáng)，定位精度高。但是需要大量存儲(chǔ)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)地磁匹配，實(shí)時(shí)性不佳。

1.2 組合導(dǎo)航

由于單一導(dǎo)航各有優(yōu)劣勢(shì)，為了實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，組合導(dǎo)航已經(jīng)成為主流形式。

慣性—GPS導(dǎo)航。慣性系統(tǒng)可以借助傳感器校準(zhǔn)信息，實(shí)現(xiàn)空中對(duì)準(zhǔn)，保持無(wú)人機(jī)飛行穩(wěn)定。慣性系統(tǒng)還可以提高GPS跟蹤定位精度，提高接收機(jī)抗干擾性、動(dòng)態(tài)性，實(shí)現(xiàn)GPS完整性檢測(cè)，減少同步誤差。該組合導(dǎo)航系統(tǒng)是很多無(wú)人機(jī)采用的主流形式，如美國(guó)全球鷹等均采用了該導(dǎo)航。

慣性—多普勒導(dǎo)航。該方案解決多普勒導(dǎo)航受地形因素影響較大的弊端，同時(shí)彌補(bǔ)了慣性導(dǎo)航累積誤差問(wèn)題，提高了無(wú)人機(jī)的隱蔽性。

慣性—地磁導(dǎo)航。慣性導(dǎo)航累積誤差劣勢(shì)可以被地磁匹配技術(shù)彌補(bǔ)，慣性導(dǎo)航的短期高精度特點(diǎn)可以減少地磁匹配受干擾問(wèn)題，從而讓導(dǎo)航系統(tǒng)更具隱蔽性、自主性、適用性，這也是當(dāng)今無(wú)人機(jī)導(dǎo)航領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)話題。

慣性—地形匹配導(dǎo)航。地形匹配具有高精度特點(diǎn)，可以彌補(bǔ)慣性導(dǎo)航累積誤差問(wèn)題，提升導(dǎo)航定位精度。由于地形匹配系統(tǒng)具有高精度、自主性等優(yōu)勢(shì)，與多圖像傳感系統(tǒng)連接，可以實(shí)時(shí)捕獲陸地信息。再加上當(dāng)今無(wú)線通信技術(shù)不斷發(fā)展，大量信息傳遞延遲也大大降低。

GPS—航跡推算導(dǎo)航。在GPS失效基礎(chǔ)上，可以借助大氣數(shù)據(jù)和計(jì)算出空速、北航向、風(fēng)速風(fēng)向，最終得出地速和航跡角。在GPS信號(hào)較好的情況下，航跡推算數(shù)據(jù)可以為GPS定位信息校正，提高了導(dǎo)航系統(tǒng)的精度，保證無(wú)人機(jī)飛行安全和勘測(cè)質(zhì)量，減少對(duì)測(cè)控站、雷達(dá)的依賴性。

2無(wú)人機(jī)導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

2.1 數(shù)據(jù)融合，提高導(dǎo)航性能

卡爾曼濾波器作為導(dǎo)航系統(tǒng)的重要部件，作為一種數(shù)據(jù)傳遞接口，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理。當(dāng)今我國(guó)已經(jīng)提出了數(shù)據(jù)融合技術(shù)方案，如借助自適應(yīng)濾波技術(shù)時(shí)，接收觀測(cè)數(shù)據(jù)信息，對(duì)模型參數(shù)、噪聲、狀態(tài)增益矩陣實(shí)時(shí)分析和修正，確保濾波精度，得出采集數(shù)據(jù)的最優(yōu)值。此外，人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波變換等，可以進(jìn)一步加強(qiáng)組合導(dǎo)航信息融合能力，借助大數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析無(wú)人機(jī)飛行狀態(tài)以及偏移值，智能化系統(tǒng)可以自動(dòng)調(diào)節(jié)無(wú)人機(jī)飛行狀態(tài)，甚至可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守飛行。

2.2 新型慣性導(dǎo)航系統(tǒng)

通過(guò)組合導(dǎo)航類型可知，大部分組合導(dǎo)航都要使用慣性導(dǎo)航技術(shù)，行業(yè)也對(duì)慣性導(dǎo)航的優(yōu)化和發(fā)展十分重視，如今已經(jīng)研發(fā)出了激光慣性導(dǎo)航、光纖慣性導(dǎo)航等。隨著信息技術(shù)以及集成技術(shù)不斷發(fā)展，硅微脫落的硅加速度計(jì)應(yīng)用更加普遍，可以讓無(wú)人機(jī)導(dǎo)航體積變小、重量變低、能耗減少，讓無(wú)人機(jī)飛行更加靈活。未來(lái)高精度工藝、集成工藝的發(fā)展與突破，更高精度的慣性導(dǎo)航會(huì)隨之出現(xiàn)，也會(huì)提升組合導(dǎo)航的性能。

3結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，無(wú)人機(jī)導(dǎo)航技術(shù)作為無(wú)人機(jī)的重要設(shè)施，導(dǎo)航性能決定了無(wú)人機(jī)性能以及任務(wù)完成度，這就需要全面加強(qiáng)無(wú)人機(jī)導(dǎo)航技術(shù)的研究，開(kāi)發(fā)出性能更強(qiáng)的單一導(dǎo)航以及組合導(dǎo)航，積極利用信息技術(shù)、智能技術(shù)，減少人為因素的干擾，在保證無(wú)人機(jī)導(dǎo)航精度同時(shí)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)智能化飛行。

參考文獻(xiàn)

[1] 田光曙.基于AADL的無(wú)人機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析[J].現(xiàn)代計(jì)算機(jī)：上下旬，2014，（11）：48-52.

[2] 王健博.無(wú)人機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[J].中科院長(zhǎng)春光機(jī)所知識(shí)產(chǎn)出，2013，（10）：666-668.