面向小型旋翼無人機的低成本組合導航算法研究.pdf

1、導航技術作為飛行控制的基礎，對無人機的安全飛行起著至關重要的作用?；趹T性導航(Inertial Navigation System，INS)與全球定位系統(tǒng)(GlobalPositioning System，GPS)的組合導航系統(tǒng)能夠綜合利用各子系統(tǒng)的優(yōu)勢，提高組合系統(tǒng)的整體性能，但效果卻在一定程度上依賴于GPS信息的準確性。而GPS信號在受到干擾時易產(chǎn)生異常測量值，甚至導致GPS信號完全失鎖。因此，針對以上問題，研究如何在硬件成本、技

2、術條件有限的前提下，提高導航系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性具有重要的理論意義和應用價值。
　　本文在借鑒前人工作的基礎上，以某八旋翼無人機為對象，針對低成本組合導航算法展開研究，提出了面向低成本系統(tǒng)的分級式組合導航算法，同時對GPS信號異常甚至短時失鎖的情況進行了研究。本文的主要研究工作和貢獻歸納如下:
　　(1)研究了慣性導航系統(tǒng)的信息（姿態(tài)、速度、位置）更新算法及誤差傳播模型，建立了INS/GPS組合導航系統(tǒng)的系統(tǒng)模型。
　

3、　(2)在全狀態(tài)導航系統(tǒng)模型的基礎上，針對低成本小型旋翼無人機提出了一種基于拓展卡爾曼濾波(Extended Kalman Filter，EKF)的分級式組合導航算法，將組合導航系統(tǒng)分解為姿態(tài)速度級和位置級，從而把一個高維的全狀態(tài)濾波器分解為兩個低維濾波器，在滿足導航系統(tǒng)各項指標的基礎上提高了導航解算的實時性。
　　(3)在分級式組合導航的基礎上，提出了一種魯棒性位置估計算法，以解決異常觀測信息對位置導航系統(tǒng)的干擾。實驗證明該方法

4、能夠在GPS信號異常時，將位置精度控制在1米左右，提高了位置導航系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時該方法可應用于不同的信息融合算法中，適用范圍更廣。
　　(4)研究了徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡和極限學習機算法，將極限學習機算法引入導航系統(tǒng)，以解決GPS失鎖時導航信息發(fā)散的問題。GPS可用時，利用實時導航信息根據(jù)飛行器運動狀態(tài)訓練不同的網(wǎng)絡參數(shù);GPS失鎖時，選擇合適的網(wǎng)絡模型預測卡爾曼濾波的觀測值，并對神經(jīng)網(wǎng)絡預測的異常觀測值利用(3)中提出的方法進行處理，