跨域多无人系统导航（跨域多无人系统导航 董希旺 北航）

本文目录一览：

• 1、导航系统对无人机的有多重要？
• 2、无人车如何实现在卫星不可用条件下的高精度智能导航？
• 3、无人机的导航方式有哪些
• 4、无人机的导航采用什么模式以获取目标的精确定位？
• 5、无人驾驶系统必须要有惯性导航吗
• 6、无人机如何导航

导航系统对无人机的有多重要？

导航系统是无人机的“眼睛”导航系统向无人机提供参考坐标系的位置、速度、飞行姿态，引导无人机按照指定航线飞行，相当于有人机系统中的领航员。无人机载导航系统主要分非自主（GPS等）和自主（惯性制导）两种，但分别有易受干扰和误差积累增大的缺点，而未来无人机的发展要求障碍回避、物资或武器投放、自动进场着陆等功能，需要高精度、高可靠性、高抗干扰性能，因此多种导航技术结合的“惯性+多传感器+GPS+光电导航系统”将是未来发展的方向。

无人车如何实现在卫星不可用条件下的高精度智能导航？

如果在卫星不可用的条件下，想要实现高精度的智能导航，必须要通过视觉或者激光雷达系统来进行辨别。随着我们对汽车的自动化要求程度越来越高，目前我们对于汽车智能化的要求不仅仅体现在可以进行语音导航或者简单的AI智能。而是需要他能够应对城市道路码头，繁华的街道以及一些封闭的空间，比如在地下隧道和建筑物内部等复杂场景之下，都能够完整的应对我们所需求的道路通讯。

但是一般情况下，目前主流的还是需要通过汽车搭载的天线跟卫星相结合，从而能够实时更新地图信息。但是这样一来对于信号的要求程度是非常高的，而且绝大多数的汽车是不可能一直让卫星跟汽车连接，因为这样做功率的消耗是非常大的。所以在这样一个前提之下就开发了视觉雷达系统，他们主要是通过向周围发出探测信号，然后获得反馈了解周围的路况信息。

特别是在封闭的空间当中，因为周围的反射物比较多，所以他们可以收集更多的信息。同时也可以根据这些信息在驾驶的过程当中来判断自己的行车速度和行车轨迹。甚至有时候可以不用你自行去选择，就已经帮你筛选出最好的行车路线。

目前主流的是gns+imu加上感知系统以及其他的定位手段。但是以目前的技术手准来看的话，就算加上定位和感知系统，我们的汽车智能化也只能在稳定性和可靠性方面做出相应的提升，却并不能够做到百分百的安全。甚至有时候汽车的智能化系统会给我们带来一些错误的信息，让汽车作出错误判断，从而发生一些交通意外事故。因此目前短时间内并不能够实现汽车的完全自动化，还依赖人类进行操控。

无人机的导航方式有哪些

一般民用无人机的导航是用外部导航，也就是卫星导航，美国的GPS,欧洲的伽利略，俄罗斯的GNS，中国的北斗。

GPS导航是民用无人机最常用的导航方式。特点是：连续、实时、高精度的三维位置，三维速度和时间信息。GPS最大的作用就是实时定位。

军用无人机因为需要抗干扰，一旦卫星导航失效，导弹或飞机就需要使用自带的内置惯性导航设备进行导航。

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无人机的导航采用什么模式以获取目标的精确定位？

无人机的导航可依靠俄罗斯的卫星定位系统或美国的GPS系统，也可采用双G模式，同时还有备份的惯导系统。抵达目标区域后R-90自动进入盘旋，弹上陀螺稳定摄像机进行光学/红外双模侦察，根据需要也可以采用红外/紫外或单一的毫米波模式。可测定70公里范围内目标的精确位置。

R-90最初设计于苏联时代，传输数据率受限于当时电子技术水平无法实时传送图像，但经过10余年的技术进步，当俄罗斯向印度推销龙卷风M时正式投产的R-90已可利用数据链实时传送信息。团指挥官可在饲养笼指挥控制车上观看、处理信息，并改变无人机的航向。

为了提高饲养笼指挥系统的效能，让指挥车能实时确定火力单位的位置，便于协调火力、指示目标。龙卷风M系统的每部发射车上都加装了双G系统，驾驶室和操纵舱内均有电子地图系统可提供高精度行军指导和阵地定位。

进入战斗位置后，操纵员可将发射车的坐标、海拔等输入弹道计算机，然后利用甚高频电台以伪随机码加密发送给指挥车。

同时，电子地图导航系统和C3I系统的配合也可使发射车和装填车的配合更紧密，无论昼夜晴雨、风霜雾雪，都难以影响发射车及时通过数传系统告知在后方地域隐蔽的装填车自己的精确位置，这样可减少无防护的装填车暴露在敌人面前的概率，也能提高火力密度。

装填车可在为发射车补充弹药后迅速离去，回到后方补充下一批次的12枚火箭弹，然后再按照发射车的新“地址”前往新的阵地。如此有序的运作，恰似国际大型物流企业的“最佳路线”配送方式，效率极高。

从上述可以得出，龙卷风系统是目前世界上正式列装的炮兵武器中射程最远、威力最大、精度最高、性能最先进的多管火箭炮。虽然系统还有进一步改进的余地，但是受俄罗斯军费匮乏的影响，在未来很长时间内它都将作为俄陆军远程打击火力的主力。

无人驾驶系统必须要有惯性导航吗

惯性导航系统(INS，Inertial Navigation System)也称作惯性参考系统，是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量(如无线电导航那样)的自主式导航系统。其工作环境不仅包括空中、地面，还可以在水下。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。惯性导航系统属于推算导航方式，即从一已知点的位置根据连续测得的运动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。 折叠优点 惯性导航系统有如下优点:1、由于它是不依赖于任何外部信息，也不向外部辐射能量的自主式系统，故隐蔽性好，也不受外界电磁干扰的影响;2、可全天候、全时间地工作于空中、地球表面乃至水下;3、能提供位置、速度、航向和姿态角数据，所产生的导航信息连续性好而且噪声低;4、数据更新率高、短期精度和稳定性好。 折叠缺点 其缺点是:1、由于导航信息经过积分而产生，定位误差随时间而增大，长期精度差;2、每次使用之前需要较长的初始对准时间;3、设备的价格较昂贵;4、不能给出时间信息。但惯导有固定的漂移率，这样会造成物体运动的误差，因此射程远的武器通常会采用指令、GPS等对惯导进行定时修正，以获取持续准确的位置参数。惯导系统目前已经发展出挠性惯导、光纤惯导、激光惯导、微固态惯性仪表等多种方式。陀螺仪由传统的绕线陀螺发展到静电陀螺、激光陀螺、光纤陀螺、微机械陀螺等。激光陀螺测量动态范围宽，线性度好，性能稳定，具有良好的温度稳定性和重复性，在高精度的应用领域中一直占据着主导位置。由于科技进步，成本较低的光纤陀螺(FOG)和微机械陀螺(MEMS)精度越来越高，是未来陀螺技术发展的方向。

无人机如何导航

无人机导航技术优缺点分析

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，在劲鹰无人机导航中，要根据无人机担负的不同任务来选择合适的导航技术至关重要。

1、惯性导航。优点是不依赖外界任何信息实现完全自主的导航，隐蔽性好，不受外界干扰，不受地形影响，能够全天候工作。缺点是定位误差是随时间积累的累积误差，精度受到惯导系统的影响。

2、GPS导航。优点是全球性、全天候、连续精密导航与定位能力，实时性较出色。缺点是易受电磁干扰;GPS系统接收机的工作受飞行器机动的影响，比如GPS的信号更新频率一般在1 Hz～2 Hz，如果飞行器需要快速更新导航信息，单独搭载GPS系统就不能满足飞行器更新信息的需要。

3、多普勒导航。优点是自主性好，反应快，抗干扰性强，测速精度高，能用于各种气候条件和地形条件。缺点是工作时必须发射电波，因此其隐蔽性不好;系统工作受地形影响，性能与反射面的形状有关，如在水平面或沙漠上空工作时，由于反射性不好就会降低性能;精度受天线姿态的影响;测量有积累误差，系统会随飞行距离的增加而使误差增大。

4、地形辅助导航。优点是没有累积误差，隐蔽性好，抗干扰性能较强。缺点是计算量较大，实时性受到制约;工作性能受地形影响，适合起伏变化大的地形，不适宜于在平原或者海面使用;同时还受天气影响，在大雾和多云等天气条件下导航效果不佳;要求飞行器按照规定的路线飞行，不利于飞行器的机动性。

5、地磁导航。地磁导航具有无源、无辐射、隐蔽性强，不受敌方干扰、全天时、全天候、全地域、能耗低的优良特征，导航不存在误差积累，在跨海制导方面有一定的优势。缺点是地磁匹配需要存储大量的地磁数据;实时性与计算机处理数据的能力有关。

6、组合导航

组合导航是指把两种或两种以上的导航系统以适当的方式组合在一起，利用其性能上的互补特性，可以获得比单独使用任一系统时更高的导航性能。除了可以将以上介绍的导航技术进行组合之外，还可以应用一些相关技术提高精度，比如大气数据系统、航迹推算技术等。

1.INS/GPS组合导航系统

组合的优点表现在:对惯导系统可以实现惯性传感器的校准、惯导系统的空中对准、惯导系统高度通道的稳定等，从而可以有效地提高惯导系统的性能和精度;对GPS系统来说，惯导系统的辅助可以提高其跟踪卫星的能力，提高接收机动态特性和抗干扰性。另外，INS/GPS综合还可以实现GPS完整性的检测，从而提高可靠性。另外，INS/GPS组合可以实现一体化，把GPS接收机放入惯导部件中，以进一步减少系统的体积、质量和成本，便于实现惯导和GPS同步，减小非同步误差。INS/GPS组合导航系统是目前多数无人飞行器所采用的主流自主导航技术［7-8］。美国的全球鹰和捕食者无人机都是采用这种组合导航方式。

2.惯导/多普勒组合导航系统这种组合方式既解决了多普勒导航受到地形因素的影响，又可以解决惯导自身的累积误差，同时在隐蔽性上二者实现了较好的互补。

3.惯导/地磁组合导航系统

利用地磁匹配技术的长期稳定性弥补惯系统误差随时间累积的缺点，利用惯导系统的短期高精度弥补地磁匹配系统易受干扰等不足，则可实现惯性/地磁导航，具备自主性强、隐蔽性好、成本低、可用范围广等优点，是当前导航研究领域的一个热点。

4.惯导/地形匹配组合导航系统

由于地形匹配定位的精度很高，因此可以利用这种精确的位置信息来消除惯性导航系统长时间工作的累计误差，提高惯性导航系统的定位精度。由于地形匹配辅助导航系统具有自主性和高精度的突出优点，将其应用于装载有多种图像传感器的无人机导航系统，构成惯性/地形匹配组合导航系统，将是地形匹配辅助导航技术发展和应用的未来趋势。

5.GPS/航迹推算组合导航系统

航迹推算的基本原理:在GPS失效情况下，依据大气数据计算机测得的空速、磁航向测得的真北航向以及当地风速风向，推算出地速及航迹角。当GPS定位信号中断或质量较差时，由航迹推算系统确定无人机的位置和速度;当GPS定位信号质量较好时，利用GPS高精度的定位信息对航迹推算系统进行校正，从而构成了高精度、高可靠性的无人机导航定位系统，在以较高质量保证了飞行安全和品质的同时，有效降低了系统的成本，使无人机摆脱对雷达、测控站等地面系统的依赖。