[发明专利]无人机INS/GNSS组合导航系统航向误差修正方法及系统

说明书

本发明公开了一种无人机INS/GNSS组合导航系统航向误差修正方法及系统，该方法在运动模态下利用INS输出的加速度和GNSS估计的加速度形成航向角误差补偿量，补偿INS/GNSS组合导航系统航向误差，实时修正航向角误差并获得无人机准确的航向角，能有效克服INS/GNSS组合导航系统无人机航向角发散的问题，有利于提高无人机飞行控制的稳定性和可靠性。

技术领域

本发明涉及组合导航和电子信息技术领域，更具体的说是涉及一种无人机INS/GNSS组合导航误差修正方法及系统。

背景技术

目前，随着无人机技术的不断发展，其应用范围越来越广泛，无人机在飞行过程中的安全性直接影响其执行任务的能力，导航定位技术是实现无人机自主安全飞行和智能自主任务的基础。无人机自主导航控制系统需要具备对运动状态和运动环境敏锐的感应能力，并及时为无人机控制提供决策，这样才能保证无人机具有更高的安全性能。在无人机飞行过程中，航向角的解算是保证无人机能够敏锐感知其运动状态的关键因素之一。

航向角解算有两种方式，一种是采用磁传感器辅助姿态和航向参考系统AHRS完成磁航向解算，但受环境磁干扰，导致无人机的航向角误差较大；另一种是采用INS/GNSS组合导航解算完成无人机航向角解算，但由于在组合系统航向角是不可观测，导致组合导航系统解算的航向角误差逐渐增大。航向角误差大不利于无人机控制，甚至不利于不人机自主任务的完成。不难发现，现有的无人机航向角解算过程均存在无人机飞行过程中航向角解算误差逐渐发散的问题。

因此，如何提供一种可靠性更高的无人机航向误差修正方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种无人机INS/GNSS组合导航系统航向误差修正方法及系统，解决了无人机飞行过程中航向角解算误差逐渐发散的问题，提高了无人机飞行控制的稳定性和飞行控制的可靠性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种无人机INS/GNSS组合导航系统航向误差修正方法，该方法包括以下步骤：

计算加速度：利用INS加速度计输出的比例信号计算无人机在导航坐标系下的第一加速度，并利用GNSS接收机输出的无人机速度信息计算无人机的第二加速度；

修正方位陀螺误差：将无人机的第一加速度和第二加速度进行叉乘运算，得到方位陀螺仪误差修正量，利用方位陀螺仪误差修正量修正方位陀螺误差，获得方位陀螺仪估计值；

修正无人机航向角：利用方位陀螺仪估计值解算无人机的航向角，并作为观测量实时修正INS/GNSS组合导航系统输出的无人机航向角，获得准确的无人机航向信息。

在上述方案的基础上，对本发明技术方案做进一步解释说明。

进一步地，加速度计算的过程具体包括以下步骤：

利用捷联姿态矩阵的估计值C_bⁿ将INS加速度计输出的比例信号变换到导航坐标系下，并计算在导航坐标系下无人机的加速度，作为无人机的第一加速度；

对GNSS接收机输出的无人机速度进行差分获得无人机在导航坐标系下的估计加速度，作为无人机的第二加速度。

进一步地，修正无人机航向角的过程具体包括以下步骤：

利用方位陀螺仪估计值解算无人机的航向角，并作为观测量实时修正INS/GNSS组合导航系统输出的无人机航向角，获得准确的无人机航向信息，具体实现步骤为：

步骤1：通过对方位陀螺仪估计值进行积分获得无人机航向角的估计值；

步骤2：建立INS/GNSS组合导航系统的数学模型；