無人機(jī)改進(jìn)導(dǎo)航定位方法設(shè)計(jì)

1、    無人機(jī)改進(jìn)導(dǎo)航定位方法設(shè)計(jì)    唐婭娟+王晶+所玉君：2095-6835（2017）04-0023-03摘 要：針對無人機(jī)航位推算過程中由于傳感器精度限制及運(yùn)動模型不準(zhǔn)確導(dǎo)致其位置估計(jì)誤差累積問題，設(shè)計(jì)一種利用對地面路標(biāo)的觀測來修正自身位置的同步定位與構(gòu)圖方法，同時(shí)將模型不準(zhǔn)確建模為時(shí)變的過程噪聲，通過對過程噪聲統(tǒng)計(jì)特性的預(yù)測及修正來提高模型的準(zhǔn)確度。建立了特征模型、無人機(jī)運(yùn)動模型及傳感器測量模型，利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)對所提方法進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，結(jié)果表明所提方法降低了模型不準(zhǔn)確對無人機(jī)導(dǎo)航定位精度的影響，在傳感器精度不高的情況下，降低了誤差累積程度，提高

2、了無人機(jī)導(dǎo)航定位的精確性和魯棒性。關(guān)鍵詞：無人機(jī)；航位推算；時(shí)變噪聲；同步定位與構(gòu)圖：tp242.6 ：a doi：10.15913/ki.kjycx.2017.04.023近年來，無人機(jī)在軍事民事領(lǐng)域得到了越來越多的應(yīng)用，無人機(jī)的導(dǎo)航問題是限制其發(fā)展的決定性因素，慣性導(dǎo)航、衛(wèi)星導(dǎo)航、地磁導(dǎo)航、航位推算及組合導(dǎo)航是目前常用的導(dǎo)航方法。慣性導(dǎo)航短時(shí)間內(nèi)精度較高，但是初始對準(zhǔn)困難；常用的衛(wèi)星導(dǎo)航為gps導(dǎo)航，精度高，但是容易受到干擾；地磁導(dǎo)航全天時(shí)、全天候，但是需要存儲大量的地磁數(shù)據(jù)，對計(jì)算機(jī)的存儲能力及數(shù)據(jù)處理能力要求高；航位推算造價(jià)低廉，是最為常用的方法，但是位置估計(jì)誤差隨時(shí)間迅速累積增長；組

3、合導(dǎo)航即將上述方法中的2種或多種加以組合使用。同步定位與構(gòu)圖（simultaneous localization and mapping，slam）是一種新興的無人機(jī)導(dǎo)航定位技術(shù)，國外學(xué)者對該方法已經(jīng)進(jìn)行了一系列研究，但是國內(nèi)對slam的研究相對于國外差距還很大，多數(shù)研究限制在移動機(jī)器人領(lǐng)域。下面描述無人機(jī)slam方法的執(zhí)行過程。飛行的無人機(jī)由于航位推算引入噪聲，或者由于建立運(yùn)動模型的不準(zhǔn)確，位置估計(jì)誤差逐漸積累，導(dǎo)致無人機(jī)的航位推算誤差越來越大，如圖1（a）所示，橢圓越來越大，即無人機(jī)自身和地圖位置的不確定性越來越大。通過slam方法進(jìn)行導(dǎo)航定位的無人機(jī)通過對地圖中元素的反復(fù)測量，能夠修正自

4、身的位置。當(dāng)無人機(jī)測量到一個(gè)新特征時(shí)，首先需要通過數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)來判斷這個(gè)新觀測特征是否對應(yīng)著地圖中的已有特征，見圖1（b）。如果對應(yīng)著，則利用這次新測量來校正無人機(jī)自身及特征的位置，見圖1（c）；否則，將這個(gè)特征構(gòu)建到地圖中。（a）不確定性增長（b）新的測量 （c）位置校正4 結(jié)論建立了無人機(jī)的運(yùn)動模型和觀測模型，設(shè)計(jì)了改進(jìn)的無人機(jī)同步定位與構(gòu)圖方法，將所建立運(yùn)動模型的不準(zhǔn)確性建模為時(shí)變噪聲，通過對其統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行估計(jì)校正來彌補(bǔ)模型構(gòu)建的不足，并利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)對所提方法進(jìn)行仿真驗(yàn)證。結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)方法在低傳感器精度的情況下相對于航位推算，定位精度有大幅度提高，算法的可行性及有效性得到了驗(yàn)證，對于無人

5、機(jī)執(zhí)行長航時(shí)隱蔽作業(yè)具有一定的實(shí)際應(yīng)用意義。參考文獻(xiàn)1durrant-whyte h f，bailey t.simultaneous localization and mapping（slam）：part i，the essential algorithms.ieee robotics and automation magazine，2006，13（2）：99-108.2bailey t，durrant-whyte h f.simultaneous localization and mapping（slam）：part ii，state of the art.ieee robotics and

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