所谓无人机导航，主要是根据既定精度，按照预定航线在特定时间范围内科学引导无人机飞行到对应的目标地点。而要想让无人机顺利完成既定目标线路，不仅仅需要掌握起始点、目标方位，还应当实时掌控航向、位置、速度等诸多数据。基于当前无人机导航技术来看，常用的技术主要包含地磁导航、地形辅助导航、多普勒导航、卫星导航以及惯性导航等等，但上述各种导航技术本身都存在不同的适用环境、目标，需要综合参考任务来进行科学合理的选择。为进一步提升无人机导航定位方法的准确性、科学性，单一采用上述某种导航技术是存在较大局限性的，组合导航定位技术就成为发展的重要趋势（姚西，亢岩，图像透视特征提取方法及其在无人机视觉导航中的应用：现代电子技术，2014(02)）。 1 无人机单一导航技术 1.1 惯性导航技术 惯性导航技术主要是基于牛顿力学定律所研发，通过在无人机当中安装加速度计，然后测量无人机三个轴向对应的运动加速度，通过积分运算方式，获取无人机位置、瞬时速度、飞行姿势，以此来提供导航信息。惯性导航主要是通过无人机内部设备来进行导航，这个过程中并不会依赖任何外界信息，不容易受到气象条件制约，主要优势在于数据更新率高、输出信息多、全天候工作、隐蔽性良、抗干扰、自主等诸多优势。 1.2 定位卫星导航技术 定位卫星导航技术主要是针对目标物体实施持续性的定位，以此来发送导航信息。从各个国家的层面来看，当前影响力较大的卫星定位系统主要包含俄罗斯的格拉纳斯、欧洲的伽利略以及美国的GPS。GPS作为全球使用最为广泛的定位卫星导航技术之一，本研究主要针对GPS进行阐述。GPS卫星运转过程中，其会源源不断的使用1与0二进制码元共同构建的伪码来进行导航电文的发送。在用户获取导航电文以后，通过对比自己时钟与卫星时间，以此来获取用户与卫星之间的伪距R，接着通过卫星星历来计算对应的位置。因为导航电文发送时间与获取时间不能够实现即时同步，这就需要用Δt来表示这个时间差。为获取接收机位置x、y、z，通过计算四颗卫星之间存在的伪距，通过下面的公式(1)就能够获取相关数据。 1.3 多普勒导航技术 作为飞行棋当中作为常用的自助式导航技术，多普勒导航技术主要是通过导航计算机、多普勒雷达、陀螺仪表或者磁罗盘共同构建。其主要是基于多普勒效应研发的导航技术，利用无人机装置的多普勒导航雷达进行电磁波的发射，通过无人机与电磁波照射地位的相对运动，获取地面回波频率与发射电磁波频率ft相差一个多普勒频率fd。基于公式(2)获取偏流角、地速。综合利用上述两个速度，同时基于陀螺仪或者磁罗盘信息，以此来实现导航的目标。 1.4 地形辅助导航技术 地形辅助导航技术主要可以分为桑地亚惯性地形辅助导航、地形匹配、影像匹配三个类型。①桑地亚惯性地形辅助导航。桑地亚惯性地形辅助导航主要是利用递推卡尔曼滤波算法进行导航，通过惯性导航系统进行位置输出，并在数字地图当中寻找地形高程。②地形匹配。地形匹配辅助导航技术主要是实时获取航线中的地形地貌，以此来获取对应的数字信息，在无人机达到对应地形的时候，就能够根据数字化信息测算对应高度，获取对应的地表，通过对比计算机中的航迹来获取对应的位置，以此来进行导航。③影像匹配。相较于地形匹配，影像匹配主要是预先录入相关的信息，不仅仅包含高度方面的数据，同时也包含预定线路的影像资料，然后根据无人机摄像来进行匹配对比，获取飞行位置并进行导航（张舸，伊国兴，高翔，基于视觉导航的旋翼无人机自主降落系统：传感器与微系统，2018(09)）。 1.5 地磁导航技术 根据地磁信息处理的差异性，地磁导航技术又可以划分为地磁滤波、地磁匹配两种导航技术。现阶段，地磁匹配在无人机导航中的适用性更佳，其主要是把提前规划的航迹当中特定区域地磁场特征量制作为基准图，在无人机到达对应区域的时候，通过电磁匹配测量仪器来获取对应的信息数据，并建立实时图，然后通过与参考图进行匹配计算，获取实时的区域坐标，为无人机提供相应的导航数据。 2 无人机组合导航的优势 所谓无人机组合导航技术，指的是将两种及以上导航技术进行有效的组合，充分利用各个导航所具有的优势，获取更为理想的导航效果。对于无人机组合导航技术，不仅仅是针对上文所述的无人机导航技术，还需要综合利用各种技术定位来提升导航的准确性，如航迹推算技术、大气数据系统。 （1）INS/GPS组合导航 INS/GPS组合导航系统主要是针对两种导航技术进行整合，将其应用于无人机导航的定位，主要优势集中在以下几个方面：惯性导航系统高度通道稳定性、惯性导航系统空中对准、惯性传感器校准，使得惯性导航系统对应的精度、性能得以大幅提升。从GPS系统的层面来看，利用惯性导航系统能够加强跟踪卫星的能力，以此来促进接收机抗干扰性能、动态特性的有效提升。与此同时，INS/GPS组合导航系统能够针对GPS完整性进行检测，以此来保障系统整体的稳定性。除此之外，INS/GPS组合导航系统还能够达成一体化的目标，通过将GPS接收机置入惯导部件当中，可以针对系统成本、体积以及质量进行有效的优化，使得GPS能够与惯导进行高度同步。从现阶段无人机使用的组合导航技术来看，INS/GPS组合导航系统已经成为使用范围最广、稳定性最为理想的技术之一。 （2）惯导/多普勒组合导航 通过惯导与多普勒导航技术的组合利用，能够有效解决多普勒技术本身在地形因素方面的局限性，同时又能够完善惯导存在的累积误差缺陷，使得两者能够在隐蔽性方面进行有效的互补。 （3）惯导/地磁组合导航 通过惯导与地磁导航技术的组合利用，可以综合利用地磁所具有的稳定性，解决惯导误差持续累积的缺陷，而惯导技术所具有的短期高精度优势，则能够解决地磁系统容易受到干扰的缺陷，主要优势集中在可用范围广、成本低、隐蔽性良、自主性强等方面。 （4）惯导/地形匹配组合导航 通过惯导与地形匹配导航技术的组合利用，能够将地形匹配精度优势充分发挥出来，解决惯性导航长期工作引发的累积误差问题。通过地形匹配技术高精度、自主性优势，能够进一步突破技术方面的限制，提升无人机导航技术的精确性、稳定性。 （5）GPS/航迹推算组合导航 在面临GPS失效的背景下，综合利用大气数据当中获取磁航向、空速来计算区域风速风向与真北航向，最终得出航迹角、地速。通过GPS与航迹推算导航技术的组合利用，能够提供双向保障，即在GPS不理想的情况下，通过航迹推算来获取对应的速度、位置；GPS状态良好的情况下，则综合利用GPS所具有的高精度优势，针对航迹推算实时有效的修正，以此来提升无人机飞行的稳定性、精确性，在有效控制技术成本的同时，尽可能减少测控站、雷达的利用（柳向阳，唐大全，邓伟栋，汤芳芳，无人机自主着陆过程中的视觉导航技术分析：兵工自动化，2018(04)）。 3 无人机导航系统的发展趋势 （1）新型惯导技术突破，提升组合导航技术精确性 科学技术与信息技术的持续发展，新型惯导技术也实现了全面的突破，当前已经研发出微固态惯性仪表、激光惯导以及光纤惯导等新兴惯导技术。与此同时，随着相关技术研发的持续推进，硅加速度计、硅微陀螺也获得了关键性的突破，其本身所具有的质量、体积、功耗以及成本方面的优势，能够更好的应用于无人机导航系统。 （2）组合因子增加，提升无人机导航稳定性 技术的发展，要求的提升，无人机导航技术必然会需要更高的可靠性、稳定性。而组合导航因子则能够具备更为充足的冗余，在某一个或者几个因子失效的情况下，无人机导航也不会受到影响。 （3）融合新技术研发，提升无人机组合导航性能 作为组合导航当中各个系统的重要接口，科尔曼滤波器是整个无人机组合导航技术当中的重要器件。随着科尔曼滤波器研发的深入，各种新兴的数据融合技术得以不断发展，比如通过自适应滤波技术，其不仅能够实现滤波的作用，同时能够通过观察数据，实现状态增益矩阵、模型参数修正以及噪声统计特性优化，从而有效保障滤波精度的稳定提升。除此之外，包括各种小波变换、神经网络人工智能等新兴技术和的应用，必然能够全面提升无人机组合导航的性能。 4 总结 综上所述，无人机空中导航定位系统作为无人机技术领域发展的关键技术，其在无人机系统设计当中占据着至关重要的地位。随着科学技术与信息化技术的持续发展，单一导航技术显然已经无法满足无人机导航需求，组合导航技术必然会成为无人机导航定位技术的主要方向。这就需要我们深入研究无人机导航定位技术，全面分析各个导航技术的优劣势，在加大研发力度的同时，针对相关导航技术进行有效的组合，进一步提升无人机导航定位的稳定性、准确性。 所谓无人机导航，主要是根据既定精度，按照预定航线在特定时间范围内科学引导无人机飞行到对应的目标地点。而要想让无人机顺利完成既定目标线路，不仅仅需要掌握起始点、目标方位，还应当实时掌控航向、位置、速度等诸多数据。基于当前无人机导航技术来看，常用的技术主要包含地磁导航、地形辅助导航、多普勒导航、卫星导航以及惯性导航等等，但上述各种导航技术本身都存在不同的适用环境、目标，需要综合参考任务来进行科学合理的选择。为进一步提升无人机导航定位方法的准确性、科学性，单一采用上述某种导航技术是存在较大局限性的，组合导航定位技术就成为发展的重要趋势（姚西，亢岩，图像透视特征提取方法及其在无人机视觉导航中的应用：现代电子技术，2014(02)）。1 无人机单一导航技术1.1 惯性导航技术惯性导航技术主要是基于牛顿力学定律所研发，通过在无人机当中安装加速度计，然后测量无人机三个轴向对应的运动加速度，通过积分运算方式，获取无人机位置、瞬时速度、飞行姿势，以此来提供导航信息。惯性导航主要是通过无人机内部设备来进行导航，这个过程中并不会依赖任何外界信息，不容易受到气象条件制约，主要优势在于数据更新率高、输出信息多、全天候工作、隐蔽性良、抗干扰、自主等诸多优势。1.2 定位卫星导航技术定位卫星导航技术主要是针对目标物体实施持续性的定位，以此来发送导航信息。从各个国家的层面来看，当前影响力较大的卫星定位系统主要包含俄罗斯的格拉纳斯、欧洲的伽利略以及美国的GPS。GPS作为全球使用最为广泛的定位卫星导航技术之一，本研究主要针对GPS进行阐述。GPS卫星运转过程中，其会源源不断的使用1与0二进制码元共同构建的伪码来进行导航电文的发送。在用户获取导航电文以后，通过对比自己时钟与卫星时间，以此来获取用户与卫星之间的伪距R，接着通过卫星星历来计算对应的位置。因为导航电文发送时间与获取时间不能够实现即时同步，这就需要用Δt来表示这个时间差。为获取接收机位置x、y、z，通过计算四颗卫星之间存在的伪距，通过下面的公式(1)就能够获取相关数据。1.3 多普勒导航技术作为飞行棋当中作为常用的自助式导航技术，多普勒导航技术主要是通过导航计算机、多普勒雷达、陀螺仪表或者磁罗盘共同构建。其主要是基于多普勒效应研发的导航技术，利用无人机装置的多普勒导航雷达进行电磁波的发射，通过无人机与电磁波照射地位的相对运动，获取地面回波频率与发射电磁波频率ft相差一个多普勒频率fd。基于公式(2)获取偏流角、地速。综合利用上述两个速度，同时基于陀螺仪或者磁罗盘信息，以此来实现导航的目标。1.4 地形辅助导航技术地形辅助导航技术主要可以分为桑地亚惯性地形辅助导航、地形匹配、影像匹配三个类型。①桑地亚惯性地形辅助导航。桑地亚惯性地形辅助导航主要是利用递推卡尔曼滤波算法进行导航，通过惯性导航系统进行位置输出，并在数字地图当中寻找地形高程。②地形匹配。地形匹配辅助导航技术主要是实时获取航线中的地形地貌，以此来获取对应的数字信息，在无人机达到对应地形的时候，就能够根据数字化信息测算对应高度，获取对应的地表，通过对比计算机中的航迹来获取对应的位置，以此来进行导航。③影像匹配。相较于地形匹配，影像匹配主要是预先录入相关的信息，不仅仅包含高度方面的数据，同时也包含预定线路的影像资料，然后根据无人机摄像来进行匹配对比，获取飞行位置并进行导航（张舸，伊国兴，高翔，基于视觉导航的旋翼无人机自主降落系统：传感器与微系统，2018(09)）。1.5 地磁导航技术根据地磁信息处理的差异性，地磁导航技术又可以划分为地磁滤波、地磁匹配两种导航技术。现阶段，地磁匹配在无人机导航中的适用性更佳，其主要是把提前规划的航迹当中特定区域地磁场特征量制作为基准图，在无人机到达对应区域的时候，通过电磁匹配测量仪器来获取对应的信息数据，并建立实时图，然后通过与参考图进行匹配计算，获取实时的区域坐标，为无人机提供相应的导航数据。2 无人机组合导航的优势所谓无人机组合导航技术，指的是将两种及以上导航技术进行有效的组合，充分利用各个导航所具有的优势，获取更为理想的导航效果。对于无人机组合导航技术，不仅仅是针对上文所述的无人机导航技术，还需要综合利用各种技术定位来提升导航的准确性，如航迹推算技术、大气数据系统。（1）INS/GPS组合导航INS/GPS组合导航系统主要是针对两种导航技术进行整合，将其应用于无人机导航的定位，主要优势集中在以下几个方面：惯性导航系统高度通道稳定性、惯性导航系统空中对准、惯性传感器校准，使得惯性导航系统对应的精度、性能得以大幅提升。从GPS系统的层面来看，利用惯性导航系统能够加强跟踪卫星的能力，以此来促进接收机抗干扰性能、动态特性的有效提升。与此同时，INS/GPS组合导航系统能够针对GPS完整性进行检测，以此来保障系统整体的稳定性。除此之外，INS/GPS组合导航系统还能够达成一体化的目标，通过将GPS接收机置入惯导部件当中，可以针对系统成本、体积以及质量进行有效的优化，使得GPS能够与惯导进行高度同步。从现阶段无人机使用的组合导航技术来看，INS/GPS组合导航系统已经成为使用范围最广、稳定性最为理想的技术之一。（2）惯导/多普勒组合导航通过惯导与多普勒导航技术的组合利用，能够有效解决多普勒技术本身在地形因素方面的局限性，同时又能够完善惯导存在的累积误差缺陷，使得两者能够在隐蔽性方面进行有效的互补。（3）惯导/地磁组合导航通过惯导与地磁导航技术的组合利用，可以综合利用地磁所具有的稳定性，解决惯导误差持续累积的缺陷，而惯导技术所具有的短期高精度优势，则能够解决地磁系统容易受到干扰的缺陷，主要优势集中在可用范围广、成本低、隐蔽性良、自主性强等方面。（4）惯导/地形匹配组合导航通过惯导与地形匹配导航技术的组合利用，能够将地形匹配精度优势充分发挥出来，解决惯性导航长期工作引发的累积误差问题。通过地形匹配技术高精度、自主性优势，能够进一步突破技术方面的限制，提升无人机导航技术的精确性、稳定性。（5）GPS/航迹推算组合导航在面临GPS失效的背景下，综合利用大气数据当中获取磁航向、空速来计算区域风速风向与真北航向，最终得出航迹角、地速。通过GPS与航迹推算导航技术的组合利用，能够提供双向保障，即在GPS不理想的情况下，通过航迹推算来获取对应的速度、位置；GPS状态良好的情况下，则综合利用GPS所具有的高精度优势，针对航迹推算实时有效的修正，以此来提升无人机飞行的稳定性、精确性，在有效控制技术成本的同时，尽可能减少测控站、雷达的利用（柳向阳，唐大全，邓伟栋，汤芳芳，无人机自主着陆过程中的视觉导航技术分析：兵工自动化，2018(04)）。3 无人机导航系统的发展趋势（1）新型惯导技术突破，提升组合导航技术精确性科学技术与信息技术的持续发展，新型惯导技术也实现了全面的突破，当前已经研发出微固态惯性仪表、激光惯导以及光纤惯导等新兴惯导技术。与此同时，随着相关技术研发的持续推进，硅加速度计、硅微陀螺也获得了关键性的突破，其本身所具有的质量、体积、功耗以及成本方面的优势，能够更好的应用于无人机导航系统。（2）组合因子增加，提升无人机导航稳定性技术的发展，要求的提升，无人机导航技术必然会需要更高的可靠性、稳定性。而组合导航因子则能够具备更为充足的冗余，在某一个或者几个因子失效的情况下，无人机导航也不会受到影响。（3）融合新技术研发，提升无人机组合导航性能作为组合导航当中各个系统的重要接口，科尔曼滤波器是整个无人机组合导航技术当中的重要器件。随着科尔曼滤波器研发的深入，各种新兴的数据融合技术得以不断发展，比如通过自适应滤波技术，其不仅能够实现滤波的作用，同时能够通过观察数据，实现状态增益矩阵、模型参数修正以及噪声统计特性优化，从而有效保障滤波精度的稳定提升。除此之外，包括各种小波变换、神经网络人工智能等新兴技术和的应用，必然能够全面提升无人机组合导航的性能。4 总结综上所述，无人机空中导航定位系统作为无人机技术领域发展的关键技术，其在无人机系统设计当中占据着至关重要的地位。随着科学技术与信息化技术的持续发展，单一导航技术显然已经无法满足无人机导航需求，组合导航技术必然会成为无人机导航定位技术的主要方向。这就需要我们深入研究无人机导航定位技术，全面分析各个导航技术的优劣势，在加大研发力度的同时，针对相关导航技术进行有效的组合，进一步提升无人机导航定位的稳定性、准确性。

文章来源：现代电子技术 网址: http://xddzjs.400nongye.com/lunwen/itemid-6131.shtml

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