[发明专利]一种适用于无人机的惯性组合导航系统

说明书

本申请公开了一种适用于无人机的惯性组合导航系统，包括：环境信息获取模块用于获取无人机航行过程中当前时刻的风速大小和风向角；图像获取模块用于获取无人机航行过程中的无人机视觉图像；惯性导航模块用于基于预设导航周期和惯性导航算法，获取无人机导航过程中的初始导航方向和初始导航速度；导航修正模块用于确定无人机视觉图像中障碍物与无人机之间的间距，并结合风速大小和风向角，对初始导航方向和初始导航航速进行修正；航行控制模块用于根据修正后的导航方向和导航航速，生成无人机导航指令。通过本申请中的技术方案，基于无人机航行过程中的障碍物及风速、风向，进行导航修正，提高无人机惯性导航的精度，降低导航算法的复杂程度。

技术领域

本申请涉及无人机导航的技术领域，具体而言，涉及一种适用于无人机的惯性组合导航系统。

背景技术

惯性导航系统(Inertial Navigation System，INS)属于推算导航方式，其基本工作原理是以牛顿力学定律为基础，通过测量载体在惯性参考系的加速度，将它对时间进行积分，并变换到导航坐标系中，以得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置等信息。但由于其固有的导航误差累积，导航精度随时间增长而降低，因此，在无人机自主飞行导航过程中通常需要其他导航方式相结合，如偏振光辅助、视觉辅助。

随着无人机技术的不断发展，无人机所涉及的应用领域越来越广泛，如：航拍、环境监测、物流运输等，因此，需要无人机在自主飞行导航过程中，能够适用于复杂的飞行环境，特别是在高楼林立的城市地区。

而现有的无人机导航技术中，通常存在以下问题：

1、算法较为复杂，为了及时对无人机航行过程中的路线进行调整，保证算法的运算速率，需要占用大量的硬件资源，导致无人机制造成本偏高，不利于无人机应用的普及；

2、实时性较差，易受外界环境因素影响，如：风速、风向、障碍物等，特别是对于飞行路线上的障碍物，通常需要在常规导航方法中嵌入自主避障算法，进一步增加了无人机导航算法的复杂程度，不利于对无人机导航过程中航速、航向的实时调整。

发明内容

本申请的目的在于：基于无人机航行路线中的障碍物及风速、风向，对无人机惯性导航过程中的导航方向与导航速度进行修正，提高无人机惯性导航的精度，降低导航算法的复杂程度，提高无人机导航控制的实时性。

本申请的技术方案是：提供了一种适用于无人机的惯性组合导航系统，该系统包括：环境信息获取模块，图像获取模块，惯性导航模块，导航修正模块，航行控制模块；环境信息获取模块用于获取无人机航行过程中当前时刻的风速大小和风向角；图像获取模块用于获取无人机航行过程中的无人机视觉图像；惯性导航模块用于基于预设导航周期和惯性导航算法，获取无人机导航过程中的初始导航方向和初始导航航速；导航修正模块用于确定无人机视觉图像中障碍物与无人机之间的间距，并结合风速大小和风向角，对初始导航方向和初始导航航速进行修正；航行控制模块用于根据修正后的导航方向和导航航速，生成无人机导航指令。

上述任一项技术方案中，进一步地，无人机视觉图像中障碍物与无人机之间的间距，由无人机当前航速和障碍物的轮廓变化大小的取值确定，其中，轮廓变化大小的取值为相邻两个预设导航周期内无人机视觉图像中障碍物相同部位的高度差值。