无人机编队飞行导航方法及其仿真研究
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第２卷 第１期 ８ １
文章编号 ：０ ６ ９ ４ （０ １ １ — ０ ４ ０ １０ — ３ ８ ２ １ ） １ ０ ６ — ４
计
算
机
仿
真
２ １ １ ０ 年１月 １
无 人 机 编 队 飞 行 导 航 方 法 及 其 仿 真 研 究
袁杰波， 杨 峰， 张共 愿 ， 梁 彦
（ 北 工 业 大 学 自动 化 学 院 ， 西 陕西 西 安 ７ ０７ ） １０ ２
ＹＵ ｉ— ｏ ＡＮ Ｊｅ ｂ ，ＹＡＮＧ Ｆ ｎ ，Ｚ ｅ ｇ ＨＡＮＧ Ｇｏ ｇ ｙ ａ ｎ － ｕ ｎ，Ｌ ＡＮＧ Ｙ ｎ Ｉ ａ
（ ｅ ａ ｍ ｎ ｏ ｔ ａｉ ， ｏ ｈ ｅｔ ｎＰｌｔ ｈ ｉ ｌ ｎｖｒｔ，Ｘ ’ｎＳ ａｘ １０ ２ Ｃ ｉａ Ｄ ｐｒ ｅｔ ｆ ｕｏ ｔ ｎ Ｎ ｒ ｗ ｓ ｒ ｏｙ ｃｎｃ ｉ ｓｙ ｉａ ｈｎ ｉ ０７ ， ｈｎ ） ｔ ａ ｍ ｏ ｔ ｅ ｅ ａＵ ｅｉ ７
ｒｃ ａ ｙ－
Ｋ ＥＹＷ Ｏ Ｒ ＤＳ： ｒ ｔｏ ｌｇ ｔ Ｆｏ ｍａ ｉｎ ｆｉ ｈ ；Ｌｏ ａｉｎ；Ｋａ ｍａ ｉｅ ｉ ｃｔ ｏ ｌ ｎ ｆ ｔ ｒｎｇ ｌ
１ 引言
近年来 ， 人机 的编 队飞行越来 越受 到 国际上 的关 注 。 无
所 渭 无 人 机 编 队 飞行 ， 多 架 无 人 机 为 适 应和［ ］ 提 出的算法 需要 每个 载机 的 Ｇ Ｓ都 输 出稳定 ２ ３所 Ｐ
的信号 ， 一旦某一载体 失去 Ｇ Ｓ信号 ， Ｐ 导航 精度 马上 就会显
著下降 。而文献 ［ ］ ［ ］ 提出的算 法得 到的都是 载机之 ４和 ５所 间的相对信息 ， 无法获得精确的测地 导航信息 。本 文所提 出 的针对无人 机 编 队飞行 的 导航 算法 ， 如果所 有 载 机都 载有 Ｇ Ｓ 那么 只要编 队中任 一载 机可 以输 出 Ｇ Ｓ信号 ， 以之 Ｐ， Ｐ 并 为长机 ， 就可 以计算得 到各 载机 精确 的测地 导航 信息 ， 整个
摘要： 研究无人机导航优化编队问题 ， 编队各成员的高精度定位 是无人机协 同编队飞行 的关键 技术和难点 。为了提高编 队 定位 的精度 ， 出了一种长机组合导航和长／ 机相对测量 的编 队成员导航定位方 法 ， 提 僚 在编 队导航 系统模型 的基础上 ， 用 采 卡尔曼滤波原理估计 出各成员的惯导误差 ， 经校正后 得到精确 的导航信息 ， 并进行仿真。仿真结果表明 ， 改进 的方法对 所设 计 的长机 与僚机 的导航定位是完全可行的 ， 编队各成员均 获得较高 的测地导航精度。 关键词 ： 队飞行 ； 编 定位 ； 卡尔曼滤波
编 队 飞行 是 未 来 无 人 机 飞行 技 术 发 展 的 一 个 重 要 趋 势 。
系统 的可靠性 大大提高。
早在 １９ ， ９ ７年 文献 ［ ］ ２ 就提出 了一种通过载体 之间 的相 对 Ｇ Ｓ信息校正相 对 惯导 （Ｎ ） 息 的相 对导 航算 法 。之 Ｐ ＩＳ 信 后， 文献 ［ ］ 出了三种对 Ｇ Ｓ和 Ｉ Ｓ不 同的使用方 式 以获 ３给 Ｐ Ｎ 取相 对导航信 息的方法。近几年 ， 由于视觉导航设 备 的快速 发展 ， 逐渐被用于编 队飞行 。其 中 ， 文献 ［ ］ ４ 通过视觉导航设
的某种 队形排列和任务分配 的组织模 式 ， 它既包括 编队飞行 的队形产生 、 持和变化 ， 保 也包括 飞行任务 的规划 和组织… 。 无人机编 队具有侦察 、 搜索和作战范 围大 、 可靠 性高 、 同时 可 执行 多重任务 、 整体效率高 、 有利 于实现 自动 空 中加油 、 以及 可 以减小整体 上的飞行 阻力 ， 而实 现动力 的节 省等优 点 。 从
中 图 分类 号 ： ２ ９ ３ ＋ Ｖ ４．２ ８ 文 献 标 识 码 ： Ｂ
Ａ ｖｇ ｔｏ ｅ ｈ ｄ ａ ｄ Ｉｓ Ｓ ｍ ｕ ａ ｉｎ ｏ Ｎａ ｉ ａ ｉ ｎ Ｍ ｔ ｏ ｎ ｔ ｉ ｌ ｔｏ ｆ ｒ ＵＡＶ ｒ ａ ｉｎ ｉ ｈ Ｆｏ ｍ ｔｏ Ｆｌｇ ｔ
ＡＢＳ ＴＲＡＣＴ： ｇ －ｐ ｅ ｉ ｏ ｏ ａｉ ｎ ｆｒ ａｌ ｍｅ ｅｓ ｉ ｔ ｅ ｃ ｒ ｅ ｈ ｏｏ ｉ ａ ｓ ｕ ｏ Ｈｉｈ ｒ ｃｓ ｎ ｌｃ ｔ ｏ ｌ ｉ ｏ ｍｂ ｒ ｓ ｈ ｏ ｅ ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｃ ｌ ｉｓ ｅ ｆｒ ＵＡＶ ｆｒ ｔ ｎ ｆ ｇ ｔ Ａ ｏ ｍａ ｉ ｉｈ ． ｏ ｌ ｎ ｖｇ ｔ ｎ ａｇ ｒｔｍ ａ ｅ ｏ ＮＳ ＧＰ ｎ ｅ ｒ ｔ ｄ ｎ ｖｇ ｔ ｎ ａ ｄ ｒｌ ｔ ｅ ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ ａ ｕ ｏ ｗ ｒ ｏ ｏ ｅ ｃ ｍｅ ａ ｉａｉ ｌｏ ｈ ｂ ｓ ｎ Ｉ ／ Ｓ ｉｔ ｇ ａｅ ａ ｉａｉ ｎ ｅａｉ ａ ｕ ｅ ｎ ｓ ｗ ｓ ｐ ｔｆｒ ａ ｄ ｔ ｖ ｒ ｏ ｏ ｉ ｏ ｖ ｔ ｉ ｓ ｕ ．Ｉ Ｓ ｅ ｒ ｒ ｏ ｌ ｍｅ ｅ ｓｗ ｒ ｓｉ ｔ ｄ ｗ ｔ ａ ｍａ ｉ ｒ ｇａ ｄ ｐ ｅ ｉｅ ｎ ｖｇ ｔ ｎ ｉ ｆｒ ｔ ｎ ｗａ ｂ ｈ ｓ ｉ ｅ Ｎ ｒｏ ｓ ｆａｌ ｍｂ ｒ ｅ ｅ ｅ ｔ ｓ ｍａｅ ｉ Ｋ ｌ ｎ ｆ ｔ ｉ ｎ ｒ ｃｓ ａ ｉａｉ ｎｏ ｍａ ｉ ｓｏ — ｈ ｌ ｅｎ ｏ ｏ ｔ ｉ ｅ ｆ ｒｃ ｒ ｃ ｉｎ ｉ ｌｔ ｎ ｒｓ ｌ ｅ ｉ ｈ ａｉｉ ｆｔｉ ｌｏ ｉ ｍ ｎ ｈ ｗ ｈ ｇ ｅ ｄ ｔ ａ ｉａ ｉｎ ａ ｃ — ａｎ ｄ ａｔ ｏｒ ｔ ．Ｓ ｍｕ ａｉ ｅ ｕｔ ｖ ｒ ｙ ｔ ｅｖ ｌ ｔ ｏ ｓａｇ ｒ ｈ ａ ｄ ｓ ｏ ｉｈ ｇ ｏ ｅ ｉ ｎ ｖ ｇ ｔ ｃ ｕ ｅ ｅ ｏ ｏ ｓ ｆ ｄｙ ｈ ｔ ｃ ｏ
文章编号 ：０ ６ ９ ４ （０ １ １ — ０ ４ ０ １０ — ３ ８ ２ １ ） １ ０ ６ — ４
计
算
机
仿
真
２ １ １ ０ 年１月 １
无 人 机 编 队 飞 行 导 航 方 法 及 其 仿 真 研 究
袁杰波， 杨 峰， 张共 愿 ， 梁 彦
（ 北 工 业 大 学 自动 化 学 院 ， 西 陕西 西 安 ７ ０７ ） １０ ２
ＹＵ ｉ— ｏ ＡＮ Ｊｅ ｂ ，ＹＡＮＧ Ｆ ｎ ，Ｚ ｅ ｇ ＨＡＮＧ Ｇｏ ｇ ｙ ａ ｎ － ｕ ｎ，Ｌ ＡＮＧ Ｙ ｎ Ｉ ａ
（ ｅ ａ ｍ ｎ ｏ ｔ ａｉ ， ｏ ｈ ｅｔ ｎＰｌｔ ｈ ｉ ｌ ｎｖｒｔ，Ｘ ’ｎＳ ａｘ １０ ２ Ｃ ｉａ Ｄ ｐｒ ｅｔ ｆ ｕｏ ｔ ｎ Ｎ ｒ ｗ ｓ ｒ ｏｙ ｃｎｃ ｉ ｓｙ ｉａ ｈｎ ｉ ０７ ， ｈｎ ） ｔ ａ ｍ ｏ ｔ ｅ ｅ ａＵ ｅｉ ７
ｒｃ ａ ｙ－
Ｋ ＥＹＷ Ｏ Ｒ ＤＳ： ｒ ｔｏ ｌｇ ｔ Ｆｏ ｍａ ｉｎ ｆｉ ｈ ；Ｌｏ ａｉｎ；Ｋａ ｍａ ｉｅ ｉ ｃｔ ｏ ｌ ｎ ｆ ｔ ｒｎｇ ｌ
１ 引言
近年来 ， 人机 的编 队飞行越来 越受 到 国际上 的关 注 。 无
所 渭 无 人 机 编 队 飞行 ， 多 架 无 人 机 为 适 应和［ ］ 提 出的算法 需要 每个 载机 的 Ｇ Ｓ都 输 出稳定 ２ ３所 Ｐ
的信号 ， 一旦某一载体 失去 Ｇ Ｓ信号 ， Ｐ 导航 精度 马上 就会显
著下降 。而文献 ［ ］ ［ ］ 提出的算 法得 到的都是 载机之 ４和 ５所 间的相对信息 ， 无法获得精确的测地 导航信息 。本 文所提 出 的针对无人 机 编 队飞行 的 导航 算法 ， 如果所 有 载 机都 载有 Ｇ Ｓ 那么 只要编 队中任 一载 机可 以输 出 Ｇ Ｓ信号 ， 以之 Ｐ， Ｐ 并 为长机 ， 就可 以计算得 到各 载机 精确 的测地 导航 信息 ， 整个
摘要： 研究无人机导航优化编队问题 ， 编队各成员的高精度定位 是无人机协 同编队飞行 的关键 技术和难点 。为了提高编 队 定位 的精度 ， 出了一种长机组合导航和长／ 机相对测量 的编 队成员导航定位方 法 ， 提 僚 在编 队导航 系统模型 的基础上 ， 用 采 卡尔曼滤波原理估计 出各成员的惯导误差 ， 经校正后 得到精确 的导航信息 ， 并进行仿真。仿真结果表明 ， 改进 的方法对 所设 计 的长机 与僚机 的导航定位是完全可行的 ， 编队各成员均 获得较高 的测地导航精度。 关键词 ： 队飞行 ； 编 定位 ； 卡尔曼滤波
编 队 飞行 是 未 来 无 人 机 飞行 技 术 发 展 的 一 个 重 要 趋 势 。
系统 的可靠性 大大提高。
早在 １９ ， ９ ７年 文献 ［ ］ ２ 就提出 了一种通过载体 之间 的相 对 Ｇ Ｓ信息校正相 对 惯导 （Ｎ ） 息 的相 对导 航算 法 。之 Ｐ ＩＳ 信 后， 文献 ［ ］ 出了三种对 Ｇ Ｓ和 Ｉ Ｓ不 同的使用方 式 以获 ３给 Ｐ Ｎ 取相 对导航信 息的方法。近几年 ， 由于视觉导航设 备 的快速 发展 ， 逐渐被用于编 队飞行 。其 中 ， 文献 ［ ］ ４ 通过视觉导航设
的某种 队形排列和任务分配 的组织模 式 ， 它既包括 编队飞行 的队形产生 、 持和变化 ， 保 也包括 飞行任务 的规划 和组织… 。 无人机编 队具有侦察 、 搜索和作战范 围大 、 可靠 性高 、 同时 可 执行 多重任务 、 整体效率高 、 有利 于实现 自动 空 中加油 、 以及 可 以减小整体 上的飞行 阻力 ， 而实 现动力 的节 省等优 点 。 从
中 图 分类 号 ： ２ ９ ３ ＋ Ｖ ４．２ ８ 文 献 标 识 码 ： Ｂ
Ａ ｖｇ ｔｏ ｅ ｈ ｄ ａ ｄ Ｉｓ Ｓ ｍ ｕ ａ ｉｎ ｏ Ｎａ ｉ ａ ｉ ｎ Ｍ ｔ ｏ ｎ ｔ ｉ ｌ ｔｏ ｆ ｒ ＵＡＶ ｒ ａ ｉｎ ｉ ｈ Ｆｏ ｍ ｔｏ Ｆｌｇ ｔ
ＡＢＳ ＴＲＡＣＴ： ｇ －ｐ ｅ ｉ ｏ ｏ ａｉ ｎ ｆｒ ａｌ ｍｅ ｅｓ ｉ ｔ ｅ ｃ ｒ ｅ ｈ ｏｏ ｉ ａ ｓ ｕ ｏ Ｈｉｈ ｒ ｃｓ ｎ ｌｃ ｔ ｏ ｌ ｉ ｏ ｍｂ ｒ ｓ ｈ ｏ ｅ ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｃ ｌ ｉｓ ｅ ｆｒ ＵＡＶ ｆｒ ｔ ｎ ｆ ｇ ｔ Ａ ｏ ｍａ ｉ ｉｈ ． ｏ ｌ ｎ ｖｇ ｔ ｎ ａｇ ｒｔｍ ａ ｅ ｏ ＮＳ ＧＰ ｎ ｅ ｒ ｔ ｄ ｎ ｖｇ ｔ ｎ ａ ｄ ｒｌ ｔ ｅ ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ ａ ｕ ｏ ｗ ｒ ｏ ｏ ｅ ｃ ｍｅ ａ ｉａｉ ｌｏ ｈ ｂ ｓ ｎ Ｉ ／ Ｓ ｉｔ ｇ ａｅ ａ ｉａｉ ｎ ｅａｉ ａ ｕ ｅ ｎ ｓ ｗ ｓ ｐ ｔｆｒ ａ ｄ ｔ ｖ ｒ ｏ ｏ ｉ ｏ ｖ ｔ ｉ ｓ ｕ ．Ｉ Ｓ ｅ ｒ ｒ ｏ ｌ ｍｅ ｅ ｓｗ ｒ ｓｉ ｔ ｄ ｗ ｔ ａ ｍａ ｉ ｒ ｇａ ｄ ｐ ｅ ｉｅ ｎ ｖｇ ｔ ｎ ｉ ｆｒ ｔ ｎ ｗａ ｂ ｈ ｓ ｉ ｅ Ｎ ｒｏ ｓ ｆａｌ ｍｂ ｒ ｅ ｅ ｅ ｔ ｓ ｍａｅ ｉ Ｋ ｌ ｎ ｆ ｔ ｉ ｎ ｒ ｃｓ ａ ｉａｉ ｎｏ ｍａ ｉ ｓｏ — ｈ ｌ ｅｎ ｏ ｏ ｔ ｉ ｅ ｆ ｒｃ ｒ ｃ ｉｎ ｉ ｌｔ ｎ ｒｓ ｌ ｅ ｉ ｈ ａｉｉ ｆｔｉ ｌｏ ｉ ｍ ｎ ｈ ｗ ｈ ｇ ｅ ｄ ｔ ａ ｉａ ｉｎ ａ ｃ — ａｎ ｄ ａｔ ｏｒ ｔ ．Ｓ ｍｕ ａｉ ｅ ｕｔ ｖ ｒ ｙ ｔ ｅｖ ｌ ｔ ｏ ｓａｇ ｒ ｈ ａ ｄ ｓ ｏ ｉｈ ｇ ｏ ｅ ｉ ｎ ｖ ｇ ｔ ｃ ｕ ｅ ｅ ｏ ｏ ｓ ｆ ｄｙ ｈ ｔ ｃ ｏ