[發明專利]一種拒止環境下的無人機自主導航定位方法

在審

• 申請號: 202111445139.3
• 申請日: 2021-11-30
• 公開（公告）號: CN114184194A
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 何中翔;張禮;李鵬程;劉博;李津;袁雙;王淑君;唐蔚
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第二十九研究所
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C21/16
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 羅強

本發明提供了一種拒止環境下的無人機自主導航定位方法，包括以下過程：步驟1、判斷無人機當前是否處于靜止或勻速運動狀態，若是，則進入步驟2；反之，則進入步驟3；步驟2、根據加速度計和磁強計輸出的數據利用擴展卡爾曼濾波定時對初始姿態進行更新，進入步驟4；步驟3、在上一次更新后的姿態基礎上使用陀螺儀數據進行慣導捷聯解算獲取姿態信息，直到無人機恢復靜止或勻速狀態，進入步驟4；步驟4、輸出無人機的更新后的姿態信息；步驟5、根據光流傳感器、氣壓計與陀螺儀輸出數據通過擴展卡爾曼濾波融合解算出最新的位置、高度和速度信息。本發明提出的方案在無人機處于拒止環境下能夠實現自主導航定位。

技術領域

本發明涉及導航定位技術領域，特別涉及一種拒止環境下的無人機自主導航定位方法。

背景技術

定位是在地圖或者坐標系中給出無人機的位置信息。導航是實時、連續地給出無人機在地圖或者坐標系中的位置、速度、加速度、姿態、姿態角速度、姿態角加速度等全部或部分運動信息。目前小型無人機上使用的導航定位系統主要包括慣性導航系統(INS)、全球定位導航系統(GPS)、GPS/INS組合導航等。利用慣性導航系統(INS)測量得到的角速率和加速度，通過積分運算可得到無人機位置、速度、姿態等運動參數，但INS的缺點是誤差隨時間積累，因此長時間工作的導航精度較差。GPS和GPS/INS組合導航則需要接收衛星導航信號來實現導航定位，當無人機進入衛星導航信號拒止環境后，如何實現較長時間內的精確導航定位成為一個難以解決的問題。

現有技術一般是利用視覺導航與慣性導航的松散組合來實現無人機的自主導航定位，多用于車載導航等二維運動無人機，不適用于無人機這種三維運動無人機。如發明專利申請CN201710269515.5公開了一種視覺導航/慣性導航的松散組合導航方法，定期利用視覺導航的位置以及速度信息對慣性導航參數進行校正，解決了慣性導航誤差隨時間累積的問題。該專利主要針對移動機器人進行自主導航定位，由于機器人在平面上運動，不必考慮姿態的變化，故該方法是有效的，但它并不適用于無人機飛行這種姿態和位置都會隨時變化的無人機運動情況。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，提供了一種拒止環境下的無人機自主導航定位方法，基于擴展卡爾曼濾波的INS/光流/磁強計/氣壓計組合導航方案，將INS、光流和磁強計等傳感器數據融合，估計出無人機的速度、位置和姿態信息，使無人機在拒止環境下能夠利用自身的傳感器實現自主導航定位。

本發明采用的技術方案如下：一種拒止環境下的無人機自主導航定位方法，其特征在于，包括以下過程：

步驟1、無人機進入拒止環境時，通過慣性導航系統獲取無人機初始位置、速度以及姿態信息；并實時獲取無人機的加速度計、磁強計與陀螺儀輸出的數據，用于后續對初始位置、速度以及姿態信息的更新；

步驟2、判斷無人機當前是否處于靜止或勻速運動狀態，若是，則進入步驟3；反之，則進入步驟4；

步驟3、根據加速度計和磁強計輸出的數據利用擴展卡爾曼濾波定時對初始姿態信息進行更新，進入步驟5；

步驟4、在上一次更新后的姿態基礎上使用陀螺儀數據進行慣導捷聯解算獲取姿態信息，直到無人機恢復靜止或勻速狀態，進入步驟5；

步驟5、輸出無人機的更新后的姿態信息；

步驟6、根據無人機的光流傳感器、氣壓計、加速度計與陀螺儀輸出數據通過擴展卡爾曼濾波融合解算出最新的位置、高度和速度信息。

進一步的，所述步驟3的具體子步驟為：

步驟3.1、通過加速度輸出數據獲取無人機當前的橫滾角與俯仰角；

步驟3.2、根據磁強計輸出數據與無人機當前的橫滾角與俯仰角獲取無人機當前的航向角；