基于惯性/GNSS/UWB的小型无人机相对导航算法研究

摘要

无人机编队协同技术利用多无人机传感器之间的信息交互,在执行任务时有更佳的操作性、稳定性、安全性,具有非常广阔应用前景。编队成员与相邻或者相近成员之间精确的相对距离是密集集群实现协同控制的关键信息,其精确性和可靠性的保证具有重要意义。超宽带(UWB)无线传输技术可在传输信息,同时具有厘米级的理论测距精度,在集群的协调导航与控制中,具有广阔的应用前景。本文围绕小型无人机之间的近距离相对导航信息的需求,基于全球导航卫星系统(GNSS)载波相位差分技术、点对点UWB测距和低成本惯性导航系统(INS)的融合设计了一套基于无人机之间测距信息的相对导航方案,根据方案建立了组合导航系统的状态方程、观测方程,并利用无迹卡尔曼滤波器对相对状态进行估计。利用UWB的测距信息,建立了搜索辅助空间,降低了载波相位噪声对整周模糊度的搜索成功率产生的影响,基于整数最小二乘去相关平差法(LAMBDA)算法得到相对位置固定解。仿真结果表明,该融合算法将相对导航的定位精度相对INS/GNSS紧组合提高了至少一个量级,绝对精度在10cm左右;另外,UWB辅助下的模糊度整数解搜索的成功率提高了4%。