[發明專利]基于多源信息自適應融合的無人機導航系統及方法

有效

• 申請號: 201710805226.2
• 申請日: 2017-09-08
• 公開（公告）號: CN107576977B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 羅兵;逯亮清;胡寶軍;何磊
• 申請（專利權）人: 北京韋加無人機科技股份有限公司
• 主分類號: G01S19/45
• 分類號: G01S19/45;G01S19/46
• 代理公司: 北京正鼎專利代理事務所(普通合伙) 11495
• 代理人: 岳亞

本發明提供了一種基于多源信息自適應融合的無人機導航系統及方法，其中的方法包括利用多個傳感器檢測無人機多個參考位置信息；計算每個傳感器檢測的參考位置信息與估計位置信息之間的差值，得到位置誤差。針對同一方向對應有多個傳感器的情況，自適應分配出該方向上每個傳感器的信息融合權重，對每個傳感器在該方向上的位置誤差按照權重進行加權求和得到該方向上的位置總誤差；基于位置誤差或位置總誤差，利用速度?位移預測模型和三階鎖相環濾波器計算當前時刻估計的速度信息及估計位置信息。該方法既能夠快速準確地從外部多源位置信息中估計出最優位置和速度，同時又減少了單個傳感器信息突變帶來的定位誤差，提升了無人機跟蹤的精確性。

技術領域

本發明涉及無人機導航技術領域，特別是涉及基于多源信息自適應融合的無人機導航系統及方法。

背景技術

不管是多旋翼無人機還是固定翼無人機的控制系統都需要提供高精度而且實時的位置、速度及姿態估計，高精度測量是高精度控制的前提，實時性則是為了控制性能的需要。

由于低成本的要求，慣性測量單元大多采用微機械陀螺與微機械加速度計。由于器件的精度較差，導致導航誤差會很快發散。為了抑制誤差的增長，通常利用慣性測量單元以外的絕對測量方法對慣性導航的誤差進行校正，如3軸磁力計，氣壓高度計，衛星導航接收機，其特點是誤差不隨時間發散。

隨著技術的進步，出現了差分方式的高精度相對定位技術，比如RTK—(Real-timekinematic)載波相位差分技術，可以得到厘米級的相對定位精度。但是遇到可靠性稍微差些的RTK接收機也有可能出現高程突變的情況，也有可能在RTK基站與RTK移動站之間的數傳電臺出現問題，導致RTK移動站的解算出現錯誤的情況。所以，一般會采取使用移動站接收機輸出的單點定位信息進行定位，起到冗余備份的作用。

另外，在高程方向，也有同時采用氣壓高度計，超聲波高度計，雷達高度計的備份方式，來進一步在高程方向進行數據冗余處理。

針對上述多源信息融合的問題，一般采取固定權重的方法進行處理。以高程方向的數據融合為例，飛控軟件中的位置估計模塊一般采取固定權重的做法，即GPS的權重為0.005，氣壓高度計的權重為0.5。上述固定權重帶來的問題比較明顯：在飛行期間，由于氣壓高度計的精度變差，導致無人機掉高現象非常嚴重。

發明內容

鑒于上述問題，本發明的一個目的是要提供一種克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的基于多源信息自適應融合的無人機導航系統及方法。

本發明一個進一步的目的是提高無人機速度和位置的跟蹤精度和減少單個傳感器信息突變帶來的定位誤差。

根據本發明的一個方面，本發明提供了一種基于多源信息自適應融合的無人機導航方法，包括：

利用多個傳感器分別檢測的當前時刻無人機在X軸、Y軸、Z軸三個方向上的多個參考位置信息，X軸方向、Y軸方向、Z軸方向均對應有一個或多個傳感器，且X軸、Y軸、Z軸三個方向中至少一個方向對應有多個傳感器；

分別計算X軸、Y軸、Z軸三個方向上每個傳感器檢測的參考位置信息與估計位置信息之間的差值，得到X軸、Y軸、Z軸三個方向上每個傳感器檢測的每個參考位置信息與估計位置信息的位置誤差；

針對同一方向對應有多個傳感器的情況，根據每個傳感器對應的位置誤差自適應分配出該方向上每個傳感器的信息融合權重，對同一方向對應有多個傳感器中的每個傳感器在該方向上的位置誤差按照權重進行加權求和得到該方向上的位置總誤差；

設計X軸、Y軸、Z軸三個方向對應的三階鎖相環濾波器；