无人机组合导航系统算法设计与整体仿真实现

摘要

近年来，无人机被应用在越来越多的领域中，应用的环境也变得复杂多变，这迫使无人机导航技术持续快速发展，传统的惯性/卫星组合导航模式由于卫星信号容易被遮挡，而不能总是满足无人机在导航的过程中对准确性和灵活性的需求。随着数字图像处理与计算机视觉技术的飞速进步，视觉作为一种新的导航方式逐渐成为了导航领域的宠儿，作为无人机导航过程中的辅助系统，辅助惯性系统与卫星系统完成导航任务，使得导航过程中系统的高效性、容错性与鲁棒性显著增强。
　　本文面向无人机在导航过程中的实际工程需求，设计简单、高效的捷联式惯性导航算法、以及惯性/卫星和惯性/视觉的组合导航算法，并在此基础上基于联邦滤波设计了惯性/卫星/视觉组合导航算法。通过一组实测数据对设计的捷联惯导算法和惯性/卫星组合导航算法做实测分析来验证算法的可行性和高效性，同时通过一组仿真轨迹对惯性/卫星、惯性/视觉和惯性/卫星/视觉三种不同的组合导航算法做了仿真分析，并根据仿真结果曲线对三种组合导航算法的性能作对比分析，找到各自的优缺点，为实际的工程实践提供参考。最后规划仿真轨迹,设计导航组合模式选择方案，并以VC为开发环境，融合MATLAB对无人机导航系统进行仿真实现，同时调用OpenGL库对导航结果整体演示。
　　本文设计无人机组合导航算法并进行整体仿真实现的目的有两方面，一方面是为无人机的导航过程设计面向工程实践的简单、高效并且容错性较高的三种组合导航算法，供其进行选择和应用。另一方面为无人机组合导航系统的整体设计和更高水平导航算法的开发提供仿真测试与验证的平台，以减少设计的成本和工作时间。