惯性光流磁组合导航技术在四旋翼飞行器中的应用.pdf

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1、156传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2016年第35卷第1期＼DOI：10：13873／J．1000-9787(2016)01--0156-05应用技术s＼P惯性／光流／磁组合导航技术在四旋翼飞行器中的应用杨天雨，贾文峰，赖际舟，邓一民(南京航空航天大学导航研究中心，江苏南京210016)摘要：微小型无人飞行器(MUAV)通常采用微惯~／GPS组合导航系统提供载体速度、位置、姿态等参数。然而GPS信号易受干扰，且面对特殊环境(如高楼林立

2、的街道、隧道、峡谷等)易出现信号丢失情况，难以满足飞行器的自主安全飞行要求。为解决该问题，设计基于光流法辅助微惯性导航的无GPS自主导航方案，提出了一种基于无味卡尔曼滤波(UKF)的非线性融合导航方法，基于四旋翼飞行器的悬停和飞行实验进行了验证。实验结果表明：该方案具有成本低、导航自主性强、精度高的优点，具有一定的应用参考价值。关键词：惯性／光流／磁组合；多传感器；信息融合；无味卡尔曼滤波中图分类号：V249文献标识码：A文章编号：1000-9787(2016)01-0156-05Applica

3、tion0finertial／0ptical-flow／magneticintegratednavi"gRatitontechniqueinqluadrotorheliocopoter_YANGTian·yu，JIAWen-feng，LAIji-zhou，DENGYi—rain(NavigationResearchCenter，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China)Abstract：MEMS—inert

4、ial／GPSintegratednavigationsystemisusuallyusedinMUAVtoprovideparametersofitsvelocity，position，attitude．However，GPSissusceptibletointerferenceincomplexenvironment，suchashigh—risestreet，tunnels，canyon，etc，whichwillnotsatisfythesafetyneedsofautonomousfl

5、ight．Tosolvethisproblem，aMEMS-inertial／0ptical--flowautonomousnavigationschemewithoutGPSandanalyzedbasedonanon-linearfusednavigationmethodbasedonunscentedKalmanfiltering(UKF)fusiontechnologyisproposed，hoveringandwaypointflightexperimentsofquadrotorhe

6、licopterareconductedtoverifythesystemperformance．Experimentalresultsshowthattheinertial／optical—flow／magnetometerintegratedsystemhasadvantagessuchaslow-cost，strongautonomyofnavigationandhighprecision，whichimpliespracticalapplicationvalueofMUAV．Keywor

7、ds：inertial／optical—flow／magneticintegrated；multi—sensors；informationfusion；unscentedKalmanfiltering(UKF)0引言本文在MEMS微惯性导航系统基础上，提出一种惯光流(optical—flow，OF)的概念最早来自于昆虫在运动性／光流／磁传感器数据融合方案。针对四旋翼飞行器的系过程中，四周环境的灰度模式在视网膜(即成像面)上形成统非线性强的特点，采用无迹卡尔曼滤波(unscentedKalman一

8、系列连续变化的图像，产生了像素强度的时域变化。filtering，UKF)方法实时更新系统非线性状态并量测，提高四光流传感器根据光流成像原理制作，集图像采集与图像分旋翼飞行器在无GPS条件下的测速和定位能力J。基于实析处理功能于一体，利用视觉传感器获取运动中的物体图际四旋翼飞行器的实验表明，该融合方案能提供较为准确像，并由内嵌的光流算法得到载体的相应导航参数。的载体速度、位置信息，满足四旋翼飞行器在无GPS或GPS借助于光流传感器的光流法导航不需要提前预知周边紧急失效情况下所需的导航精度和可靠性