[发明专利]一种应用于无人机的非相似双余度组合导航装置

说明书

技术领域

本发明属于无人机导航领域，是指一种应用于无人机的非相似双余度组合导航装置。

背景技术

导航是将航行载体从起始点引导至目的地的技术或是方法。无人机由于无人驾驶的特殊性，机载导航系统是无人机自主飞行完成多项使命的根本保证。

惯性导航系统(Inertial Navigation System，简称INS)是利用惯性元件来感测飞机或其它载体的运动加速度，经过积分运算，从而求出导航参数以确定载体位置。INS的自主性强，可以连续提供包括姿态、位置、速度在内的各种导航信息，而且具有快速、动态性能好、短期精度高等特性。但由于惯性元件的误差导致INS的导航误差参数随时间的积累而增大，长期工作精度得不到保证。卫星导航能提供实时、全天候、全球性的导航信息，但在动态环境中，载体的高动态运动会影响卫星接收机对卫星信号的捕获和跟踪，甚至产生短时间的信号丢失。此外，卫星接收机的信号输出频率较低，有时不能满足载体飞行控制的需要。因此，基于卫星和INS的组合导航系统已成为当前重要的导航系统实现方案。

组合导航装置是指把两种或者两种以上不同的导航设备以适当的方式组合在一起，利用其在性能上的互补特性获得比单独使用任一系统时更高的导航性能，以满足新时代高性能航行体和高精度武器系统的自主性、可靠性以及在全球范围内的高精度要求。早期及目前通常的无人机导航系统以高性能的平台式惯性导航系统为基础，利用由美国的GPS(Global Positioning System)全球定位系统或俄罗斯的GLONASS(GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM，简称GNSS)全球卫星导航系统系统获取的卫星位置速度信息与之组合，形成具有长航时导航能力和较高导航精度的组合导航系统。但是由于平台式惯性导航系统内部需要由机电控制元件将平台稳定在惯性空间，体积重量大，供电系统复杂，成本高，通常采用单余度配置，可靠性较低。此外，平台式惯性导航部件仅能测量绕其内部稳定平台轴系的角速率信息，不能提供绕飞机机体轴系的角速率信息，因此无人机机载系统通常还需配置额外的角速率陀螺完成该角速率的测量工作。

近年来，随着我国捷联式惯性导航技术以及BD2(Beidou-2)卫星定位技术的迅速发展，出现了捷联惯导系统、多模式卫星定位系统。相较于平台式惯导系统，捷联惯导系统体积、重量和成本都大为降低，而可靠性大为提高，维护和使用上也带来很多方便；卫星定位系统也由单GPS模式转化为GPS/GLONASS/BD2多模式。这些都为多余度组合导航提供了有利条件，为进一步提高导航系统的可靠性和实用性奠定了基础。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于无人机的非相似双余度组合导航装置，具备多种导航模式，具有高精度和高可靠性，适用于无人机特别是长航时无人机。

本发明所述组合导航装置安装于无人机机上设备舱相应位置，由机载电源系统供电工作；组合导航装置与差分GPS地面站、飞行控制与管理计算机、大气数据计算机设备具有信息交联关系。

组合导航装置接收差分GPS地面站反馈的无线差分信号，并转换成GPS差分信息；接收由大气数据计算机发出的大气信息，包括气压高度和真空速；向飞行控制与管理计算机发送飞行器导航信息；包括：位置、姿态、角速率和加速度，并接收飞行控制与管理计算机的控制指令；

所述的组合导航装置包括：激光捷联惯性-卫星组合导航系统、光纤捷联惯性-卫星组合导航系统和差分数传电台。

差分数传电台接收差分GPS地面站反馈的无线差分信号，并转换成GPS差分信息传送给激光捷联惯性-卫星组合导航系统和光纤捷联惯性-卫星组合导航系统；

其中激光捷联惯性-卫星组合导航系统为主组合导航系统，包括激光捷联惯性导航部件和卫星接收机；光纤捷联惯性-卫星组合导航系统为备组合导航系统，包括光纤捷联惯性导航部件和卫星接收机；其中卫星接收机均用来接收由差分数传电台传送的GPS差分信息，进行差分修正解算以实现DGPS(Differential Global Positioning System)定位，输出卫星定位信息；激光捷联惯性导航部件和光纤捷联惯性导航部件均用来接收大气信息以及导航信息，同时反馈控制指令；

主组合导航系统和备组合导航系统根据卫星定位信息与导航信息进行组合解算，并通过串行接口接收的大气信息用于主组合导航系统和备组合导航系统内部高度通道的组合解算，最终得到组合后的信息。