組合導(dǎo)航設(shè)計(jì)算法

實(shí)現(xiàn)組合導(dǎo)航系統(tǒng)的方式一般有兩種：

回路反饋法

回路反饋法采用經(jīng)典的回路控制方法來抑制系統(tǒng)誤差，使各個(gè)子系統(tǒng)同時(shí)實(shí)現(xiàn)性能互補(bǔ)。比如我們常見的利用加速度計(jì)和陀螺儀測量信息設(shè)計(jì)互補(bǔ)濾波解算姿態(tài)角的方法就屬于此類。

最優(yōu)估計(jì)法：

最優(yōu)估計(jì)法指的是采用卡爾曼濾波或者維納濾波，從概率統(tǒng)計(jì)最優(yōu)的角度估計(jì)出系統(tǒng)誤差并進(jìn)行消除的方法。

上述兩種方法都是將各系統(tǒng)的信息互相滲透，有機(jī)結(jié)合，從而起到性能互補(bǔ)的作用。然而，通常各個(gè)子系統(tǒng)的誤差源和測量誤差都是隨機(jī)的，所以最優(yōu)估計(jì)的方法一般要優(yōu)于回路反饋法，目前設(shè)計(jì)組合導(dǎo)航時(shí)主流采用的都是卡爾曼濾波的方法。

在這兒給大家做個(gè)預(yù)告，后續(xù)會(huì)在我的知識(shí)星球中詳細(xì)介紹上述兩種方法實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航解算的具體過程。

傳感器簡介：

導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)是傳感器，導(dǎo)航算法的設(shè)計(jì)輸入是傳感器測量的數(shù)據(jù)，所以在開始進(jìn)行導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)之前，我們應(yīng)該先了解清楚無人機(jī)上常用的傳感器有哪些？這些傳感器的測量原理又是怎么樣的？我們上面提到了無人機(jī)的常用導(dǎo)航方式是慣性導(dǎo)航+GPS，所以無人機(jī)上的常用傳感器也是圍繞這兩者展開的，慣性導(dǎo)航一般包括三軸加速度計(jì)、三軸陀螺儀、三軸磁力計(jì)，再加上GPS構(gòu)成了機(jī)載傳感器的主體，除此之外還有超聲波測距傳感器、激光測距傳感器、空速計(jì)、氣壓計(jì)、視覺傳感器等。

加速度計(jì)

加速度計(jì)是一種慣性傳感器，能夠測量無人機(jī)在XYZ三軸方向所承受的加速度，通常也可以配合陀螺儀一同測量無人機(jī)的三軸姿態(tài)。加速度計(jì)的缺點(diǎn)是信號(hào)受振動(dòng)影響大，所以在無人機(jī)上使用時(shí)需要進(jìn)行減震處理，在數(shù)據(jù)獲取后也會(huì)進(jìn)行濾波。

當(dāng)無人機(jī)靜止時(shí)，加速度計(jì)測得的就是重力加速度，所以在實(shí)際使用時(shí)，我們都需要去掉重力加速度計(jì)的值。一般情況下，加速度計(jì)的測量原理可以看成是一個(gè)彈簧-質(zhì)量模型，而實(shí)際上加速度計(jì)的測量是基于壓阻效應(yīng)、壓電效應(yīng)等，這些效應(yīng)產(chǎn)生的力正比于電阻、電壓和電容值，在通過相應(yīng)的放大電路和濾波電路進(jìn)行輸出。

另外，當(dāng)作用在無人機(jī)上的外力遠(yuǎn)小于重力時(shí)，加速度計(jì)還可以用來測量姿態(tài)角，因?yàn)楫?dāng)無人機(jī)傾斜時(shí)，加速度計(jì)在體軸系下測得的各項(xiàng)加速度大小跟無人機(jī)的姿態(tài)角以及重力加速度的值有關(guān)，而重力加速度的值已知，我們就可以根據(jù)三軸加速度的大小來計(jì)算出無人機(jī)的姿態(tài)信息（航向除外）。