【摘要】：針對高速無人機(jī)在高動(dòng)態(tài)飛行過程中導(dǎo)航精度低、傳統(tǒng)卡爾曼濾波發(fā)散等問題,本文深入研究了適合高動(dòng)態(tài)飛行環(huán)境下的導(dǎo)航算法來提高無人機(jī)組合導(dǎo)航系統(tǒng)的抗干擾能力和導(dǎo)航精度。從無人機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)各子系統(tǒng)和傳感器在高動(dòng)態(tài)飛行過程中的測量特性著手進(jìn)行分析,有針對性地對圓錐誤差補(bǔ)償算法和無人機(jī)高度通道解算兩個(gè)方面進(jìn)行了深入研究。最后重點(diǎn)研究了高動(dòng)態(tài)環(huán)境下多傳感器信息融合算法,并設(shè)計(jì)了自適應(yīng)強(qiáng)、魯棒性高和導(dǎo)航精度高的無人機(jī)組合導(dǎo)航信息融合算法。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本課題提出的算法相比傳統(tǒng)組合導(dǎo)航算法具有更高的抗干擾能力和導(dǎo)航精度。論文主要內(nèi)容如下:(1)對應(yīng)用于高速無人機(jī)組合導(dǎo)航系統(tǒng)的各子系統(tǒng)進(jìn)行測量特性分析,探究其在無人機(jī)導(dǎo)航中面臨的問題,并以此為依據(jù),確定了圓錐誤差補(bǔ)償方法、高度方向互補(bǔ)濾波方案以及自適應(yīng)強(qiáng)和高魯棒性的信息融合算法。(2)展開對圓錐誤差補(bǔ)償算法的研究,詳細(xì)推導(dǎo)了基于頻率級數(shù)展開的圓錐誤差補(bǔ)償算法,并分析比較不同圓錐運(yùn)動(dòng)場景下的圓錐誤差,在此基礎(chǔ)上提出了基于器件匹配準(zhǔn)則的圓錐補(bǔ)償算法設(shè)計(jì)方法,為實(shí)際應(yīng)用中圓錐誤差補(bǔ)償算法提供設(shè)計(jì)參考。最后,通過仿真檢驗(yàn)此設(shè)計(jì)方法的有效性和精度。(3)研究無人機(jī)高度通道解算算法,提出基于垂直速度與高度的兩級互補(bǔ)濾波算法。通過實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了此算法不僅能得到動(dòng)態(tài)性好而誤差不隨時(shí)間發(fā)散的高度信息,而且還能抑制垂直速度漂移。(4)研究高動(dòng)態(tài)環(huán)境下SINS/GNSS組合導(dǎo)航信息融合算法,詳細(xì)推導(dǎo)并分析了系統(tǒng)噪聲方差陣與量測噪聲方差陣的自適應(yīng)估計(jì)方法、強(qiáng)跟蹤濾波和H∞濾波三種濾波算法應(yīng)用于在高動(dòng)態(tài)環(huán)境下的具體表現(xiàn),課題結(jié)合三種方法的思想提出一種強(qiáng)自適應(yīng)濾波信息融合算法。(5)設(shè)計(jì)了四種高動(dòng)態(tài)環(huán)境的仿真場景并進(jìn)行了實(shí)際飛行試驗(yàn),分別對比Kalman濾波、強(qiáng)跟蹤濾波、H∞濾波和強(qiáng)自適應(yīng)濾波的導(dǎo)航精度和抗干擾能力,驗(yàn)證了強(qiáng)自適應(yīng)濾波相對于其它算法在高速無人機(jī)組合導(dǎo)航中的優(yōu)越性。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V279;V249.3
【圖文】：

圖２．１典型圓錐運(yùn)動(dòng)示意圖逡逑微分方程可知，其右邊第二項(xiàng)與第三項(xiàng)不可交換項(xiàng)之動(dòng)在第三個(gè)正交軸引發(fā)的常值角速度｜８２１。逡逑Ｏ邋＝邋＊）＋邋—ｆＩ）ｘ＾邋＋邋－＾－［ｌ邐——］ｃｔ＞ｘ（＜ｔ＞ｘｒ＜））２邐（／＞－邐２．（１－ｃｏｓ逡逑上的振動(dòng)更多的是隨機(jī)角振動(dòng)，角振動(dòng)速度的幅值、［８３〗，是由無窮多個(gè)正弦和余弦角振動(dòng)疊加而成。文中優(yōu)化的算法在隨機(jī)角運(yùn)動(dòng)環(huán)境下同樣最優(yōu)，也就說驗(yàn)證的算法，在其余環(huán)境條件下能同樣有效，所以這態(tài)環(huán)境對捷聯(lián)慣性導(dǎo)航解算的影響。逡逑描述來研究圓錐運(yùn)動(dòng)：逡逑ｃｏｓ（屮邋／邋２）逡逑ｓｉｎ（ｃ）／邋２）ｃｏｓｉ３／逡逑Ｑ（ｔ）＝ｓｉｎ（＾／邋２）ｓｉｎ邋Ｑｔ逡逑

子樣數(shù)（Ｎ）逡逑圖３．２不同場景下的１？６子樣圓錐誤差補(bǔ)償算法漂移逡逑從圖３．２中可以看出，場景１的４？６子樣算法的漂移誤差都很接近，并且６逡逑子樣算法的漂移大于５子樣算法的漂移，這也說明了并非子樣數(shù)越高越誤差漂逡逑移就越小。在同樣的懫樣頻率下，子樣數(shù)越高，其對應(yīng)的姿態(tài)更新頻率就會(huì)變逡逑得越低，而且實(shí)際應(yīng)用中還要考慮計(jì)算量的問題。逡逑場景２和場景３說明了采樣頻率與圓錐運(yùn)動(dòng)角頻率的比值的提高，對圓錐誤逡逑差的補(bǔ)償有明顯的改善，即采樣頻率的提高能有效地降低圓錐誤差，或者在采逡逑樣頻率不變的情況下對于更低頻的圓錐運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償越好。逡逑３．２．３基于器件匹配準(zhǔn)則的圓錐補(bǔ)償算法設(shè)計(jì)方法逡逑由以上分析可知，對于基于泰勒展開的圓錐誤差補(bǔ)償算法采用不同子樣數(shù)和逡逑更新頻率對圓錐誤差的補(bǔ)償效果是不一樣的，本課題考慮實(shí)際應(yīng)用的器件因素，逡逑提出基于器件匹配準(zhǔn)則的圓錐補(bǔ)償算法設(shè)計(jì)方法：逡逑（１）優(yōu)先考慮觀測傳感器的最大懫樣頻率／＿

圖３．３仿真條件１下雙子樣補(bǔ)償算法姿態(tài)估計(jì)對比逡逑５個(gè)？邋１０邋－３邐７邋０邋４“逡逑ｆＩ－逡逑

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本文編號：2797207