四旋翼无人机——导航、制导与控制的概念

科技前沿 • 2025-02-26 21:54 • 阅读 33

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导航、制导与控制是无人机的基本概念。

1. 基本概念

导航（Navigation）就是确定飞行器的位置、航向和速度等信息，解决飞行器的精确定位问题，即“我在哪儿”；
制导（Guidance）就是给出飞行器的飞行指令，解决飞行方向问题，即“我要去哪儿”；
控制（Guidance）就是根据飞行指令控制飞行器按照期望的姿态和轨迹飞行，解决飞行器的稳定和操纵问题，即“我如何去那儿”。

2. 导航的分类

1. 惯性导航

惯性导航依靠加速度计测量载体在3个轴向的加速度，经积分运算得出载体的瞬时速度和位置。有平台式惯性导航系统和捷联式惯性导航系统两类

平台式惯导系统将惯性测量装置安装在惯性平台的台体上，这样使得惯性平台能够隔离载体的角振动
优点：精度高、计算量小、容易补偿
缺点：结构复杂、尺寸大、价格昂贵
捷联式惯导系统没有实体平台，把加速度计（测量三轴加速度）、陀螺仪（敏感轴与机体固联，位置陀螺仪利用定轴性测量姿态角，速率陀螺仪利用进动性测量瞬时角速度）直接安装在无人机机体上，导航计算机把二者的输出从机体坐标系变换到惯性坐标系，并进行重力加速度的补偿，来计算出机体相对于惯性坐标系的运动参数
优点：导航计算机代替了陀螺稳定平台的功能，结构简单、体积小、重量轻、成本低、可靠性高、维护方便

2. 卫星导航

目前世界上能够使用的导航技术有：美国GPS系统，俄罗斯GOLLAS系统，中国北斗导航系统，欧洲伽利略导航系统
以GPS系统为例，其分为3部分：空间卫星部分、地面监控部分、用户接收机部分。空间卫星有24颗，分布在6个轨道面内，保证地球任何位置和时间至少同时观测到4颗卫星。用户终端接收卫星发射的无线电信号（编码方式有民用的CA码，精度约20m；军用的P码，精度约2m），获得必要的定位信息和观测量，以完成定位工作。GPS接收机通过对信号码的量测，可得到卫星接收机的伪距。
优点：全球性、全天候、实时性、高精度
缺点：不适用于机动性高的场合、易受干扰

3. 天文导航

4. 多普勒导航

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5. 组合导航

GPS/惯导、惯导/多普勒……

3. 制导的分类

1. 自主制导

2. 遥控制导

3. 寻的制导

利用装载在飞行器上的导引头（寻的器）接收目标辐射或反射的某种特征能量，确定目标和飞行器的相对位置

4. 复合制导

综合以上两种或三种方式，分阶段或分部分进行制导