[发明专利]一种无人机编队协同导航方法

说明书

本发明公开了一种无人机编队协同导航方法。在无人机编队中，长机无人机节点搭载惯性导航系统、GPS接收机，通过机载惯导/GPS融合滤波对姿态、速度、位置进行估计，得到长机无人机节点高精度的姿态、速度和位置导航信息，其余无人机节点搭载惯性导航系统、视觉导航设备、光流传感器，通过视觉导航设备获得与长机的相对距离、俯仰角、方位角数学解算出相邻与长机无人机节点的绝对位置信息，光流传感器解算得到无人机的速度信息，通过卡尔曼滤波对机载的惯导误差进行修正。此外，编队中距离长机较远的无人机节点通过视觉导航设备解算得到与其它无人机节点的相对距离，并据此解算出绝对位置信息。

技术领域

本发明属于导航技术领域，特别涉及了一种无人机导航方法。

背景技术

无人机系统是一种无人驾驶，是能够自主控制或者遥控的空中飞行机器人系统，可执行对地、对海、对空的作战任务，具有可回收，可重复使用，高效等特点。随着任务需求的多样性和复杂性，单架无人机执行任务的能力有限，生存能力受到极大的挑战。而多架无人机之间的协同可以实现信息的互享和行动协调，实现单架无人机的任务扩展，提高任务执行的成功率。导航系统为无人机提供其飞行控制系统所必须的导航信息，是其完成各种复杂飞行任务的必要保障。

现阶段惯导/GPS组合导航系统广泛应用为无人机提供导航服务。无人机编队中受限于成本、载荷等因素，不可能让编队中所有的无人机都搭载高精度的导航传感器，因此主从式的导航方式成为现阶段研究无人机编队协同导航的主流，长机搭载高精度的导航传感器通过滤波融合得到长机高精度的导航信息，在编队导航数据链及其他测距传感器的辅助下，通过编队协同方式完成对编队中其他无人机节点的高精度定位。然而现有的多无人机协同导航方法的精度并不理想。

发明内容

为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明提出了一种无人机编队协同导航方法。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种无人机编队协同导航方法，无人机编队包含4架无人机节点：无人机节点1～4，包括以下步骤：

(1)建立机体坐标系和导航坐标系；

(2)在无人机节点1上搭载惯性导航系统和GPS接收机，周期读取k时刻无人机节点1的机载传感器信息，包括速度信息、位置信息，陀螺仪信息和加速度计信息；

(3)预测k时刻无人机节点i的姿态四元数、速度和位置信息，其中i＝1,2,3,4；

(4)利用卡尔曼滤波器，对k时刻的无人机节点1的姿态四元数、速度、位置信息进行校正，得到无人机节点1的高精度导航信息；

(5)在无人机节点i上搭载惯性导航系统、视觉导航设备和光流传感器，周期性读取k时刻无人机节点i的机载传感器信息，包括相对于无人机节点1的距离信息、俯仰角和方位角，以及通过光流解算出的速度信息、陀螺仪信息和加速度计信息，其中i＝2,3,4；

(6)根据相对于无人机节点1的距离信息、俯仰角和方位角解算出无人机节点2和无人机节点3的绝对位置信息；

(7)利用卡尔曼滤波器，根据无人机节点2和无人机节点3的位置信息和速度信息对k时刻的姿态四元数、速度、位置信息进行校正，得到无人机节点2和无人机节点3的高精度导航信息；

(8)根据无人机节点1～3的位置信息推导出无人机节点4的绝对位置信息；

(9)利用卡尔曼滤波器，将无人机节点4的位置信息和速度信息作为量测信息，对k时刻的姿态四元数、速度、位置信息进行校正，得到无人机节点4的高精度导航信息。

进一步地，在步骤(1)中，机体坐标系的X、Y、Z轴分别为无人机的右向、机头方向、天向，导航坐标系的X、Y、Z轴分别为东向、北向、天向。

进一步地，在步骤(3)中，采用下式预测姿态四元数：