[发明专利]一种无人机相对导航信息融合方法

说明书

本发明公开了一种无人机相对导航信息融合方法，步骤为：计算无人机相对不同卫星的双差和双差变化率；计算UWB传感器实时测量得到的无人机之间的相对位置和相对速度；计算基于双机定位数据做差的相对位置和相对速度；采用扩展卡尔曼滤波算法建立相对导航状态方程；建立基于相对差分/UWB/双机定位数据做差的观测方程；利用神经网络对UWB相对导航信息进行预测补偿，并通过扩展卡尔曼滤波算法实现信息融合。本发明可显著提高编队无人机中相对定位精度，且适用于相对导航传感器UWB失效等复杂飞行环境，适合工程实际应用。

技术领域

本发明属于无人机导航技术领域，特别涉及了一种无人机相对导航信息融合方法。

背景技术

无人机密集集群编队导航技术在军事、民用等各个领域具备极大的应用价值及应用前景。为了保证无人机编队飞行时执行任务的高精度需求，相对导航信息精度的地位毋庸置疑。一般情况下编队无人机间的相对距离较近，相对导航是实现多机编队导航不可或缺的手段，相对导航传感器相比于绝对导航传感器具有更高的定位精度、更强的抗干扰能力以及更低廉的成本。

相对导航方式包括无线电导航、视觉导航及其他，其中无线电导航为最核心的手段，包含了卫星导航、激光雷达、超宽带(Ultra Wide Band,UWB)等。UWB与其他定位技术相比，性能优、精度高、功耗低、抗多径效果好、能提供高精确定位等优点，得到了广泛的应用和研究。UWB的高频短波特性使得发射性强且穿透性弱，尤其适合测距。但是获得高精度的UWB定位信息需要在无遮挡情况下，该原理上的缺陷限制了UWB的更广泛使用。在复杂应用环境，非视距和多径误差也是定位精度主要影响因素。所以UWB传感器失效时，相对导航的信息融合处理误差变大，无法提供精确的位置、速度补偿值，导致仅依赖UWB辅助无人机编队相对导航系统的精度和实时性变弱。

发明内容

为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了一种无人机相对导航信息融合方法。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种无人机相对导航信息融合方法，各无人机上搭载用于获取单机绝对定位信息的GPS/INS紧组合导航系统和用于获取相对定位信息的UWB传感器；该方法的步骤如下：

(1)建立相对差分量测方程，计算无人机相对不同卫星的双差和双差变化率建立UWB量测方程，计算UWB传感器实时测量得到的无人机之间的相对位置和相对速度计算基于双机定位数据做差的相对位置和相对速度

(2)采用扩展卡尔曼滤波算法建立相对导航状态方程；

(3)建立基于相对差分/UWB/双机定位数据做差的观测方程；

(4)利用神经网络对UWB相对导航信息进行预测补偿，并通过扩展卡尔曼滤波算法实现信息融合。

进一步地，在步骤(1)中，无人机相对不同卫星的双差和双差变化率

其中，为无人机A和无人机B的卫星接收机分别与卫星S_i之间的站际单差，为无人机A和无人机B的卫星接收机分别与卫星S_j之间的站际单差，是两架无人机连线中点到卫星S_i的方向余弦矢量，是两架无人机连线中点到卫星S_j的方向余弦矢量，r_BA是两架无人机之间的相对位置矢量，为伪距双差计算中存在的噪声；为无人机之间的相对速度矢量，和分别为两架无人机中点到卫星S_i和S_j的方向余弦矢量变化率，为计算双差变化率中存在的噪声。

进一步地，在步骤(1)中，UWB传感器实时测量得到的无人机之间的相对位置和相对速度