基于﹢SINSGPS﹢组合导航的无人机安控策略仿真验证

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1、２０１４年８月宇航计测技术Ａｕｇ．，２０１４第３４卷第４期ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃＭｅｔｒｏｌｏｇｙａｎｄＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＶｏｌ．３４，Ｎｏ．４文章编号：１０００－７２０２（２０１４）０４－００３７－０４中图分类号：Ｕ６６６．１文献标识码：Ａ基于SINS／GPS组合导航的无人机安控策略仿真验证蒋志华陈曦（中国人民解放军９２４１９部队，辽宁１２５１０６）摘要针对无人机在海上与陆上飞行环境的差异，建立了基于ＳＩＮＳ／ＧＰＳ的组合导航系统数学模型。通过故障模拟，对导航系统在ＧＰＳ接收机失效工作状态下的性能进行了仿真，并由仿真结果验证了相应安控策略的可行性，无

2、人机可飞至陆上进行伞降回收，具有工程参考价值。关键词安控策略组合导航无人机SimulationandVerificationoftheUAV′SControlStrategyBasedonSINS／GPSIntegratedNavigationＪＩＡＮＧＺｈ-ｉｈｕａＣＨＥＮＸｉ（９２４１９ＵｎｉｔｏｆＰＬＡ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ１２５１０６）AbstractＡｉｍａｔｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆＵＡＶｆｌｙｉｎｇｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｏｆｆｓｈｏｒｅａｎｄｏｎｓｈｏｒｅ，ｔｈｅｍａｔｈｍｏｄｅｌｉｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｂａｓｅｄｏｎＳＩＮＳ／ＧＰＳｉｎ

3、ｔｅｇｒａｔｅｄｎａｖｉｇａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｎａｖｉｇａｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｓｓｉｍｕ-ｌａｔｅｄｉｎｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆＧＰＳｆａｉｌｕｒｅ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｉｓｃｏｒｒｅｃｔ，ｔｈｅＵＡＶｃａｎｂｅｐａｒａｃｈｕｔｅｒｅｃｏｖｅｒｅｄｏｎｌａｎｄａｎｄｈａｖｅａｇｒｅａｔｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｖａｌｕｅ．KeywordsＣｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙＩｎｔｅｇｒａｔｅｄｎａｖｉｇａｔｉｏｎＵＡＶ［２］1引言两种组合方式，松组合相对容易实现，ＧＰＳ接收机和惯性导航系统仍独立工

4、作，ＧＰＳ接收机可辅助［３］惯性导航系统（ＩＮＳ）在短时间内能提供较高的惯性导航系统。独立定位精度，但由于未对陀螺和加速度计进行误某型无人机采用基于卡尔曼滤波的ＳＩＮＳ／ＧＰＳ差补偿，其定位误差随时间的推移累积发散，ＧＰＳ能松组合导航系统，在实际飞行中当ＧＰＳ不定位且无够提供误差不随时间发散的定位解，但短时定位精法恢复时，危及飞行安全，由于飞行任务区域多为海度受到多种与测量误差相关的影响［１］。ＩＭＵ／ＧＰＳ上，必须制定相应安控策略避免飞机坠海报废。本组合导航系统可以有效地利用各自的优点，进行系文针对导航及回收需求，建立了卡尔曼滤波器数学统间的取长补短以减小系统误差，提高系

5、统的性能。模型，并通过故障设置模拟ＧＰＳ失效条件下的导航常见的ＩＭＵ／ＧＰＳ组合系统有松散组合和紧密组合系统工作性能，对安控策略进行了验证，确保无人机收稿日期：２０１４－０１－０３，修回日期：２０１４－０２－１７作者简介：蒋志华（１９７６－），男，工程师，硕士，主要研究方向：无人机总体技术。·３８·宇航计测技术２０１４年飞至陆上进行伞降回收。对连续形式的系统状态方程（１）和量测方程（２）进行离散化，获得的离散形式的方程为2安控策略分析Xk＝Φk｜k－１Xk－１＋Γk－１Wk－１（３）Zk＝HkXk＋Vk（４）采用ＳＩＮＳ／ＧＰＳ组合导航的无人机在飞行过程中，ＧＰＳ接收机可能

6、会受到外界信号干扰、遮挡等情获得系统的卡尔曼滤波器方程如下况造成丢星，使得收星数小于４颗造成无法定位。＾＾Xk｜k－１＝Φk｜k－１Xk－１（５）这时，系统就要从组合导航切换到纯惯性导航的工［４］＾＾＾作方式。在陆上飞行的安控策略为：当ＧＰＳ失Xk＝Xk｜k－１＋Kk［Zk－HkXk｜k－１］（６）效，无人机开始在原地盘旋等待，如果１００ｓ内ＧＰＳTTPk｜k－１＝Φk｜k－１Pk－１Φk｜k－１＋Γk－１Qk－１Γk－１（７）恢复定位，无人机返回发射点；如果无法恢复定位，TT－１无人机则原地开伞。Kk＝Pk｜k－１Hk（HkPk｜k－１Hk＋Rk）（８）如果飞行区域在海上

7、，由于舱体未进行密封，无TTPk＝（I－KkHk）Pk｜k－１（I－KkHk）＋KkRkKk（９）人机入水报废，将造成较大损失。为了减小装备损当ＧＰＳ失效时，量测信息不可用，组合导航模耗，无人机应具备从海上航区返航至陆上进行伞降式自动转换为纯惯性导航模式。此时，系统误差由回收的能力，安控策略更改为：当ＧＰＳ失效，无人机自身的误差状态方程决定，误差阵不断的进行递推直接向发射点返航，如果１００ｓ内ＧＰＳ恢复定位，则［５］计算，其协方差矩阵为继续沿装订航路飞行，否则仍继续返航。ΔTPk＝E［XkXk］（１０）3组合导航系