无人机导航技术学习教案.pptx
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1、会计学1无人机导航无人机导航(dohng)技术技术第一页,共31页。重重 要要 性性2必要条件必要条件(b yo tio jin)对于操作者对于操作者对于无人机自身对于无人机自身第1页/共31页第二页,共31页。目目 录录I.I.无人机导航无人机导航无人机导航无人机导航(d(d ohng)ohng)技术发展技术发展技术发展技术发展现状现状现状现状II.II.常见的几类导航常见的几类导航常见的几类导航常见的几类导航(d(d ohng)ohng)系统系统系统系统III.III.全球鹰无人机导航全球鹰无人机导航全球鹰无人机导航全球鹰无人机导航(d(d ohng)ohng)系系系系统分析统分析统分析统
2、分析IV.IV.无人机导航无人机导航无人机导航无人机导航(d(d ohng)ohng)技术的发技术的发技术的发技术的发展趋势展趋势展趋势展趋势3第2页/共31页第三页,共31页。I.I.无人机导航技术无人机导航技术无人机导航技术无人机导航技术(jsh)(jsh)(jsh)(jsh)发展现状发展现状发展现状发展现状惯性导航捷联惯导系统(SINS)主要导航系统卫星导航辅助导航设备4组合组合组合组合(z(z hh)导航导航导航导航惯性/卫星定位组合是一种比较理想的组合导航系统。在无人机导航领域,多年来惯性/卫星定位组合导航系统的研究一直(yzh)受到普遍的关注,大量的理论研究成果得到实际应用。第3页
3、/共31页第四页,共31页。.常见常见常见常见(chn jin)(chn jin)(chn jin)(chn jin)的几类导航系统的几类导航系统的几类导航系统的几类导航系统1.1.单一导航单一导航2.2.卫星导航系统卫星导航系统 d)d)多普勒导航多普勒导航3.3.惯性导航系统惯性导航系统(INS)e)(INS)e)图形匹配导航系统图形匹配导航系统4.4.无线电跟踪系统无线电跟踪系统 f)f)地磁地磁(dc)(dc)导导航航5.5.g)g)天文导航天文导航5第4页/共31页第五页,共31页。2.2.组合组合(z(z h)h)导航导航INS/GPS INS/GPS 组合组合(z(z h)h)导
4、航系统导航系统惯导惯导/多普勒组合多普勒组合(z(z h)h)导航系统导航系统惯导惯导/地磁组合地磁组合(z(z h)h)导航系统导航系统惯导惯导/地形匹配组合地形匹配组合(z(z h)h)导航系统导航系统GPS/GPS/航迹推算组合航迹推算组合(z(z h)h)导航系统导航系统 6第5页/共31页第六页,共31页。卫星卫星卫星卫星(wixng)(wixng)导航系统导航系统导航系统导航系统全球范围内有影响全球范围内有影响全球范围内有影响全球范围内有影响(y(y ngxingxi ng)ng)的卫星定位系统的卫星定位系统的卫星定位系统的卫星定位系统:7第6页/共31页第七页,共31页。8卫星卫
5、星卫星卫星(wixng)(wixng)导航系统(以导航系统(以导航系统(以导航系统(以GPSGPS为例)为例)为例)为例)第7页/共31页第八页,共31页。GPSGPS导航导航导航导航(d(d ohng)ohng)原理原理原理原理9第8页/共31页第九页,共31页。惯性导航惯性导航惯性导航惯性导航(un xnun xn d d o hno hn)系统系统系统系统10A.A.A.A.分类分类分类分类(fn li)(fn li)(fn li)(fn li):平台式惯导系统:平台式惯导系统:平台式惯导系统:平台式惯导系统&捷联惯导系统捷联惯导系统捷联惯导系统捷联惯导系统B.B.B.B.包含模块:计算
6、机、加速度计、陀螺仪或其他运动传感器的平台包含模块:计算机、加速度计、陀螺仪或其他运动传感器的平台包含模块:计算机、加速度计、陀螺仪或其他运动传感器的平台包含模块:计算机、加速度计、陀螺仪或其他运动传感器的平台C.C.C.C.工作原理:工作原理:工作原理:工作原理:D.D.D.D.加速度加速度加速度加速度 位置变化位置变化位置变化位置变化E.E.E.E.速度变化速度变化速度变化速度变化F.F.F.F.角速度角速度角速度角速度 姿态变化姿态变化姿态变化姿态变化 实现定位导航实现定位导航实现定位导航实现定位导航G.G.G.G.初始条件初始条件初始条件初始条件第9页/共31页第十页,共31页。11平
7、台式惯导系统平台式惯导系统(xtng)第10页/共31页第十一页,共31页。捷联惯导原理图捷联惯导原理图捷联惯导原理图捷联惯导原理图12第11页/共31页第十二页,共31页。惯导系统惯导系统惯导系统惯导系统(xtng)(xtng)(xtng)(xtng)的特点的特点的特点的特点A.A.A.A.优点:优点:优点:优点:B.B.B.B.不依赖外界任何信息实现完全自主的导航;不依赖外界任何信息实现完全自主的导航;不依赖外界任何信息实现完全自主的导航;不依赖外界任何信息实现完全自主的导航;C.C.C.C.隐蔽性好;隐蔽性好;隐蔽性好;隐蔽性好;D.D.D.D.不受外界干扰;不受外界干扰;不受外界干扰;
8、不受外界干扰;E.E.E.E.不受地形影响;不受地形影响;不受地形影响;不受地形影响;F.F.F.F.能够全天候工作。能够全天候工作。能够全天候工作。能够全天候工作。G.G.G.G.B.B.B.B.缺点:缺点:缺点:缺点:H.H.H.H.系统精度系统精度系统精度系统精度(jn d)(jn d)(jn d)(jn d)取决于单个传感器精度取决于单个传感器精度取决于单个传感器精度取决于单个传感器精度(jn d)(jn d)(jn d)(jn d),实际空间,实际空间,实际空间,实际空间位置的漂移是不可避免的,并随时间累积。位置的漂移是不可避免的,并随时间累积。位置的漂移是不可避免的,并随时间累积。
9、位置的漂移是不可避免的,并随时间累积。13第12页/共31页第十三页,共31页。多普勒导航多普勒导航多普勒导航多普勒导航(dohng)(dohng)(dohng)(dohng)14多普勒导航系统是利用多普勒效应实现的,该系统由磁罗盘或陀螺仪表、多普勒雷达和导航计算机组成。多普勒导航系统是利用多普勒效应实现的,该系统由磁罗盘或陀螺仪表、多普勒雷达和导航计算机组成。磁罗盘或陀螺仪表的作用类似于指北针,可测出无人机的航向角。磁罗盘或陀螺仪表的作用类似于指北针,可测出无人机的航向角。多普勒雷达不断地沿着某方向向地面发出无线电波,利用无人机和地面有相对运动多普勒雷达不断地沿着某方向向地面发出无线电波,利
10、用无人机和地面有相对运动(xin du yn dn)产生多普勒效应,测出雷达发射的电磁波和接收到的回波的频率变化,从而计算出无人机相对于地面的飞行速度,速度的方向就是该点航线的方向。产生多普勒效应,测出雷达发射的电磁波和接收到的回波的频率变化,从而计算出无人机相对于地面的飞行速度,速度的方向就是该点航线的方向。第13页/共31页第十四页,共31页。多普勒导航多普勒导航多普勒导航多普勒导航(d(d ohng)ohng)特点特点特点特点A.A.优点:优点:优点:优点:B.B.自主性好,反应快,抗干扰性强,测速精度高,能用于各种气候条件。自主性好,反应快,抗干扰性强,测速精度高,能用于各种气候条件。
11、自主性好,反应快,抗干扰性强,测速精度高,能用于各种气候条件。自主性好,反应快,抗干扰性强,测速精度高,能用于各种气候条件。C.C.缺点:缺点:缺点:缺点:D.D.隐蔽性不好隐蔽性不好隐蔽性不好隐蔽性不好;E.E.系统系统系统系统(xt(xt ng)ng)工作受地形影响;工作受地形影响;工作受地形影响;工作受地形影响;F.F.测量有积累误差。测量有积累误差。测量有积累误差。测量有积累误差。15第14页/共31页第十五页,共31页。图图形匹配形匹配形匹配形匹配(ppi)(ppi)导导航系航系航系航系统统(地形(地形(地形(地形辅辅助助助助导导航)航)航)航)预先将无人机经过的地域,通过大地测量、
12、航空摄影或已有的地形图等方法将地形数据(主要是地形位置预先将无人机经过的地域,通过大地测量、航空摄影或已有的地形图等方法将地形数据(主要是地形位置预先将无人机经过的地域,通过大地测量、航空摄影或已有的地形图等方法将地形数据(主要是地形位置预先将无人机经过的地域,通过大地测量、航空摄影或已有的地形图等方法将地形数据(主要是地形位置和高度数据)制成数字化地图,存贮在机载计算机中,当飞机飞越上述区域时,其上的探测设备再次对该和高度数据)制成数字化地图,存贮在机载计算机中,当飞机飞越上述区域时,其上的探测设备再次对该和高度数据)制成数字化地图,存贮在机载计算机中,当飞机飞越上述区域时,其上的探测设备再
13、次对该和高度数据)制成数字化地图,存贮在机载计算机中,当飞机飞越上述区域时,其上的探测设备再次对该区域进行测量并与预先存储的原图进行比较,确定实际区域进行测量并与预先存储的原图进行比较,确定实际区域进行测量并与预先存储的原图进行比较,确定实际区域进行测量并与预先存储的原图进行比较,确定实际(shj)(shj)位置和位置偏差,从而实现对无人机的导位置和位置偏差,从而实现对无人机的导位置和位置偏差,从而实现对无人机的导位置和位置偏差,从而实现对无人机的导航。航。航。航。单纯的图形匹配导航不能提供地理坐标位置,必须和其他导航方式进行组合,更多的是和图形单纯的图形匹配导航不能提供地理坐标位置,必须和其
14、他导航方式进行组合,更多的是和图形单纯的图形匹配导航不能提供地理坐标位置,必须和其他导航方式进行组合,更多的是和图形单纯的图形匹配导航不能提供地理坐标位置,必须和其他导航方式进行组合,更多的是和图形/惯性组合。惯性组合。惯性组合。惯性组合。图形匹配导航可分为地形匹配导航和景像匹配导航两种。图形匹配导航可分为地形匹配导航和景像匹配导航两种。图形匹配导航可分为地形匹配导航和景像匹配导航两种。图形匹配导航可分为地形匹配导航和景像匹配导航两种。16第15页/共31页第十六页,共31页。图形匹配图形匹配图形匹配图形匹配(p(p pi)pi)导航优缺点导航优缺点导航优缺点导航优缺点A.A.A.A.优点:没
15、有累积误差优点:没有累积误差优点:没有累积误差优点:没有累积误差(wch)(wch)(wch)(wch),隐蔽性好,抗干扰性能较强。,隐蔽性好,抗干扰性能较强。,隐蔽性好,抗干扰性能较强。,隐蔽性好,抗干扰性能较强。B.B.B.B.缺点:缺点:缺点:缺点:C.C.C.C.实时性受到制约;实时性受到制约;实时性受到制约;实时性受到制约;D.D.D.D.工作性能受地形影响;工作性能受地形影响;工作性能受地形影响;工作性能受地形影响;E.E.E.E.受天气影响;受天气影响;受天气影响;受天气影响;F.F.F.F.飞行器的机动性。飞行器的机动性。飞行器的机动性。飞行器的机动性。17第16页/共31页第
16、十七页,共31页。地磁地磁地磁地磁(dc)(dc)导航导航导航导航基本原理:基本原理:基本原理:基本原理:地磁场是矢量场,在地球近地空间内任意一点的地磁矢量与其它地点的地磁场是矢量场,在地球近地空间内任意一点的地磁矢量与其它地点的地磁场是矢量场,在地球近地空间内任意一点的地磁矢量与其它地点的地磁场是矢量场,在地球近地空间内任意一点的地磁矢量与其它地点的地磁矢量是不同的,且与该地点的经纬度是一一对应的。因此,理论上地磁矢量是不同的,且与该地点的经纬度是一一对应的。因此,理论上地磁矢量是不同的,且与该地点的经纬度是一一对应的。因此,理论上地磁矢量是不同的,且与该地点的经纬度是一一对应的。因此,理论
17、上只要知道该点的地磁场矢量就可实现全球定位。只要知道该点的地磁场矢量就可实现全球定位。只要知道该点的地磁场矢量就可实现全球定位。只要知道该点的地磁场矢量就可实现全球定位。分类:分类:分类:分类:地磁匹配(研究中更为广泛)地磁匹配(研究中更为广泛)地磁匹配(研究中更为广泛)地磁匹配(研究中更为广泛)地形地形地形地形(dxng)(dxng)滤波滤波滤波滤波18第17页/共31页第十八页,共31页。地磁导航地磁导航地磁导航地磁导航(d(d ohng)ohng)特点特点特点特点A.A.A.A.优点:无源、无辐射、隐蔽性强,不受敌方干扰、全天时、全天候、全地域、能耗优点:无源、无辐射、隐蔽性强,不受敌方
18、干扰、全天时、全天候、全地域、能耗优点:无源、无辐射、隐蔽性强,不受敌方干扰、全天时、全天候、全地域、能耗优点:无源、无辐射、隐蔽性强,不受敌方干扰、全天时、全天候、全地域、能耗低的优良特征,导航不存在误差积累,在跨海制导方面低的优良特征,导航不存在误差积累,在跨海制导方面低的优良特征,导航不存在误差积累,在跨海制导方面低的优良特征,导航不存在误差积累,在跨海制导方面(fngmin)(fngmin)(fngmin)(fngmin)有一定的优势。有一定的优势。有一定的优势。有一定的优势。B.B.B.B.缺点:缺点:缺点:缺点:C.C.C.C.地磁匹配需要存储大量的地磁数据;地磁匹配需要存储大量的
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