[发明专利]UAV抗GNSS失效定位定向接收机及其应用方法

说明书

本发明公开了UAV抗GNSS失效定位定向接收机及其应用方法，该接收机包括GNSS接收器、惯性导航单元、差分链路模块、导航数据解算单元，利用姿态惯性导航测量运算技术与GNSS导航定位技术的融合，解决单纯的GNSS导航定位技术受卫星信号质量、大气电离层、信号传输介质、地面站广播的差分信号质量、可观测卫星状态、公共卫星数量、机载端天线可视环境等影响，导致机载端GNSS接收机无法捕获到卫星信号，造成卫星信号丢失，无法解算地理坐标位置，定位结果输出出现丢点、跳点等异常，无法满足无人机在作业过程中的导航定位的问题。在GNSS信号正常情况下具有良好动态性能、优化GNSS位置突变的优点；在GNSS失效情况下具有位置刷新连续性好、可靠性高和三维姿态输出的优点。

技术领域

本发明涉及GNSS(Global Navigation Satellite System)、UAV(UAV，Unmanne dAerial Vehicle)、惯性导航(INS，Inertial Navigation System)以及组合导航的技术领域，尤其涉及UAV抗GNSS失效定位定向接收机及其应用方法。

背景技术

GNSS导航系统具有对载体姿态、速度进行实时测量及全天候、全球性的连续精密三维定位能力。目前，在飞行器、战车、舰船等领域，GNSS导航系统已经得到了广泛应用，甚至在一些军事领域，也将GNSS导航定位作为主要的导航定位方法。但是当下的民用无人机的主要导航方式主要是依靠GNSS导航，由于GNSS导航依赖于可观测卫星的状态，存在各种不可控的因素，比如植保无人机作业环境防风林遮挡、高压输电线的电磁干扰、大功率基站发射塔台的频段串扰、可观测卫星状态、大气电离层活跃程度等，均影响到机载端GNSS导航设备的正常工作。所以单纯的GNSS作为机载端的定位定向导航设备存在GNSS随时失效的可能，一旦GNSS失效就会导致失去位置导航信息，致使无人机飞行过程的无法进行及时姿态调整、位置更新、高度变化，继而无法继续导航任务，相继失去相应的主动控制权，从而造成无人机丢失或者炸机，造成不同程度的经济损失或者危害到地面人员的伤害。

针对无人机的定位定向导航技术的研究，在中国专利CN 103353601 A中阐述了一种基于GNSS实时差分技术的无人机基准导航系统和方法，在问题提到主要技术为实时差分(RTK)导航技术应用和使用方法，实现了无人机的导航定位功能，并没有实际地指出该技术的定向功能。虽然RTK技术应用到无人机上可以提高GNSS定位的精度，但是目前使用该技术方法会存在一定的风险，比如本文提到的GNSS失效问题，无法给无人机提供连续可靠的地理位置信息，还有文中该技术未提出可以给机载端提供定向功能。

在高精度的无人机定位系统中《农业植保无人机高精度定位系统研究与设计》一文提到，利用GNSS/GPRS实现了无人机的高精度定位，该技术是GNSS+GPRS(General PacketRadio Service，通用分组无线服务)技术的融合，给无人机系统提高了定位精度。但是针对于一些偏远山区，如果网络信号覆盖不好，那么GPRS的LBS(移动基站定位)将无法满足提供到该融合算法。相当于此方法缺少了辅助定位功能，完成不了精准导航定位。

在中国专利CN 106352872 A中提到了解决无人机GNSS失效的方法，当卫星信号丢失时，利用各个姿态传感器给无人机进行路径的规划和导航，实现卫星失锁情况下，完成自主飞行。但是此专利中未提到进行MEMS姿态与GNSS技术的融合，进行解决卫星信息丢失的方法。定位结果出现短时间丢失或跳变，GNSS接收机需要接收到至少4颗卫星的信号才能实现定位，一旦卫星信号被遮挡，比如无人机穿过防护林、飞到高楼附近等，将导致GNSS接收机接收到的卫星信号减少甚至失锁，无法完成定位。