[发明专利]基于多源信息自适应融合的无人机导航系统及方法

说明书

本发明提供了一种基于多源信息自适应融合的无人机导航系统及方法，其中的方法包括利用多个传感器检测无人机多个参考位置信息；计算每个传感器检测的参考位置信息与估计位置信息之间的差值，得到位置误差。针对同一方向对应有多个传感器的情况，自适应分配出该方向上每个传感器的信息融合权重，对每个传感器在该方向上的位置误差按照权重进行加权求和得到该方向上的位置总误差；基于位置误差或位置总误差，利用速度‑位移预测模型和三阶锁相环滤波器计算当前时刻估计的速度信息及估计位置信息。该方法既能够快速准确地从外部多源位置信息中估计出最优位置和速度，同时又减少了单个传感器信息突变带来的定位误差，提升了无人机跟踪的精确性。

技术领域

本发明涉及无人机导航技术领域，特别是涉及基于多源信息自适应融合的无人机导航系统及方法。

背景技术

不管是多旋翼无人机还是固定翼无人机的控制系统都需要提供高精度而且实时的位置、速度及姿态估计，高精度测量是高精度控制的前提，实时性则是为了控制性能的需要。

由于低成本的要求，惯性测量单元大多采用微机械陀螺与微机械加速度计。由于器件的精度较差，导致导航误差会很快发散。为了抑制误差的增长，通常利用惯性测量单元以外的绝对测量方法对惯性导航的误差进行校正，如3轴磁力计，气压高度计，卫星导航接收机，其特点是误差不随时间发散。

随着技术的进步，出现了差分方式的高精度相对定位技术，比如RTK—(Real-timekinematic)载波相位差分技术，可以得到厘米级的相对定位精度。但是遇到可靠性稍微差些的RTK接收机也有可能出现高程突变的情况，也有可能在RTK基站与RTK移动站之间的数传电台出现问题，导致RTK移动站的解算出现错误的情况。所以，一般会采取使用移动站接收机输出的单点定位信息进行定位，起到冗余备份的作用。

另外，在高程方向，也有同时采用气压高度计，超声波高度计，雷达高度计的备份方式，来进一步在高程方向进行数据冗余处理。

针对上述多源信息融合的问题，一般采取固定权重的方法进行处理。以高程方向的数据融合为例，飞控软件中的位置估计模块一般采取固定权重的做法，即GPS的权重为0.005，气压高度计的权重为0.5。上述固定权重带来的问题比较明显：在飞行期间，由于气压高度计的精度变差，导致无人机掉高现象非常严重。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的一个目的是要提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的基于多源信息自适应融合的无人机导航系统及方法。

本发明一个进一步的目的是提高无人机速度和位置的跟踪精度和减少单个传感器信息突变带来的定位误差。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种基于多源信息自适应融合的无人机导航方法，包括：

利用多个传感器分别检测的当前时刻无人机在X轴、Y轴、Z轴三个方向上的多个参考位置信息，X轴方向、Y轴方向、Z轴方向均对应有一个或多个传感器，且X轴、Y轴、Z轴三个方向中至少一个方向对应有多个传感器；

分别计算X轴、Y轴、Z轴三个方向上每个传感器检测的参考位置信息与估计位置信息之间的差值，得到X轴、Y轴、Z轴三个方向上每个传感器检测的每个参考位置信息与估计位置信息的位置误差；

针对同一方向对应有多个传感器的情况，根据每个传感器对应的位置误差自适应分配出该方向上每个传感器的信息融合权重，对同一方向对应有多个传感器中的每个传感器在该方向上的位置误差按照权重进行加权求和得到该方向上的位置总误差；

设计X轴、Y轴、Z轴三个方向对应的三阶锁相环滤波器；