無人機(jī)導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展趨勢

秦真 王昕彤

摘要：無人機(jī)導(dǎo)航技術(shù)是現(xiàn)代無人機(jī)設(shè)備完成監(jiān)視、航拍等給定任務(wù)的重要條件，隨著新型導(dǎo)航技術(shù)的出現(xiàn)，無人機(jī)的使用范圍也有了極大的拓展，在民用、軍事等方面都發(fā)揮重要作用。本文簡述了無人機(jī)導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，并預(yù)測了無人機(jī)導(dǎo)航技術(shù)的未來發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)；導(dǎo)航技術(shù)；應(yīng)用；發(fā)展趨勢

引言

早在20世紀(jì)上半葉就出現(xiàn)了無人機(jī)，在當(dāng)時，無人機(jī)是被當(dāng)作靶機(jī)使用的[1]。步入21世紀(jì)之后，全球科技飛速發(fā)展，無人機(jī)研究也獲得了長足發(fā)展，尤其是無人機(jī)導(dǎo)航技術(shù)在未來戰(zhàn)爭、航拍、礦產(chǎn)探測以及圖像測繪等方面更有著廣泛應(yīng)用[2-3]。無人機(jī)導(dǎo)航是按飛行要求，在指定時間內(nèi)，引導(dǎo)無人機(jī)沿著預(yù)定航線準(zhǔn)確航行至目的地，現(xiàn)如今，基于對無人機(jī)導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用價值的充分認(rèn)識，無人機(jī)導(dǎo)航技術(shù)已經(jīng)得到國內(nèi)外學(xué)者的重視。

1 無人機(jī)導(dǎo)航技術(shù)分型與應(yīng)用

因為無人機(jī)的任務(wù)不同，所以采用的導(dǎo)航技術(shù)也就有所不同，目前的無人機(jī)導(dǎo)航從技術(shù)層面可分為視覺導(dǎo)航、天文導(dǎo)航以及多普勒導(dǎo)航等。

1.1 視覺導(dǎo)航

視覺導(dǎo)航是一種利用計算機(jī)模擬人類視覺功能，提取、識別與理解客觀事物的圖像當(dāng)中的有價值信息，最終獲取載體導(dǎo)航參數(shù)的導(dǎo)航技術(shù)。由于視覺導(dǎo)航能自圖像當(dāng)中提取有用的導(dǎo)航信息，捕捉到圖像中的靜止的和運動目標(biāo)[4]，所以，它可以獲取非常豐富、完整、準(zhǔn)確的環(huán)境信息。

1.2 天文導(dǎo)航

所謂天文導(dǎo)航，就是通過測量自然天體來確定自身位置與正確航向的一種導(dǎo)航技術(shù)。同時，天文導(dǎo)航系統(tǒng)也是一種自主式導(dǎo)航系統(tǒng)，它沒有地面設(shè)備支持時也能作業(yè)，而且隱蔽性好，導(dǎo)航精度高，不會因為電磁波或定位時刻的影響而產(chǎn)生定位誤差。結(jié)合天體的坐標(biāo)、運行規(guī)律以及相關(guān)的地平信息進(jìn)行幾何運算，就可以確定飛機(jī)位置，因此十分適用于高空長航時無人機(jī)。

1.3 衛(wèi)星導(dǎo)航

人們耳熟能詳?shù)男l(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用價值在于能夠提供精度較高的位置信息、時間信息以及速度信息，而且信息精度與時間變化無關(guān)?，F(xiàn)階段，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)最常用于全球定位系統(tǒng)，這種全球定位系統(tǒng)可以全球性、全天候地連續(xù)精密導(dǎo)航、定位，實時性較強(qiáng)，但是環(huán)境適應(yīng)性差，很容易受到電磁波等的干擾，無法提供姿態(tài)信息。

1.4 無線電跟蹤

對短程無人機(jī)來說，無線電跟蹤技術(shù)的使用成熟性較高，特別適用于山區(qū)偵察、地面攻擊和短程海防等工作。這是因為無線電跟蹤系統(tǒng)是由地面設(shè)備與無人機(jī)設(shè)備組成的，其原理是將有關(guān)信號調(diào)制到發(fā)射機(jī)發(fā)出的無線電載波上，然后借助天線輻射至目標(biāo)空間，進(jìn)而被目標(biāo)物體直接反射回地面，或者為應(yīng)答機(jī)所接收、轉(zhuǎn)發(fā)，地面控制站可以向無人機(jī)發(fā)動指令。

1.5 慣性導(dǎo)航

慣性導(dǎo)航作為自主式導(dǎo)航系統(tǒng)，在工作時不易受諸如氣象條件等外界信息干擾，可以完全自主，而且抗干擾能力強(qiáng)，隱蔽性好，可以全天候工作，實踐性強(qiáng)，可以實現(xiàn)地面二維導(dǎo)航和空間三維導(dǎo)航。

2 無人機(jī)導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展趨勢

2.1 發(fā)展組合導(dǎo)航，提高導(dǎo)航穩(wěn)定性

隨著導(dǎo)航技術(shù)研究的不斷深入，無人機(jī)導(dǎo)航可以做出更多選擇。從前文可知，每種導(dǎo)航系統(tǒng)都不是盡善盡美、毫無缺點的，為規(guī)避不同無人機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)的缺點，提高無人機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)，業(yè)內(nèi)人士提出了組合導(dǎo)航概念。所謂組合導(dǎo)航就是將多種導(dǎo)航系統(tǒng)有機(jī)組合在一起，實現(xiàn)性能互補(bǔ)，從而獲得更好的導(dǎo)航性能。未來的無人機(jī)導(dǎo)航在開發(fā)組合導(dǎo)航技術(shù)的同時，還會對導(dǎo)航性能的穩(wěn)定性提出更高要求，會增加組合因子，使組合導(dǎo)航因子能夠有一定冗余，滿足無人機(jī)導(dǎo)航需要。

2.2 研發(fā)新慣導(dǎo)系統(tǒng)，提升導(dǎo)航精度

目前已經(jīng)出現(xiàn)了多種新式慣導(dǎo)系統(tǒng)，比如光纖慣導(dǎo)和激光慣導(dǎo)等，隨著微機(jī)電系統(tǒng)和精密加工工藝的發(fā)展，成本更低、質(zhì)量更小的高精度慣導(dǎo)系統(tǒng)必然會出現(xiàn)，除此之外，組合導(dǎo)航系統(tǒng)的精度也會有所提高。

2.3 研發(fā)新數(shù)據(jù)融合技術(shù)

卡爾曼濾波器是組合導(dǎo)航系統(tǒng)的最主要組裝器件，它擔(dān)負(fù)著聯(lián)結(jié)各子系統(tǒng)和融合數(shù)據(jù)信息的責(zé)任，但是，為提高濾波精度，業(yè)內(nèi)研究者已經(jīng)開始研發(fā)新的數(shù)據(jù)融合技術(shù)，以提高組合導(dǎo)航系統(tǒng)的協(xié)同精度和綜合性能。

3 結(jié)語

無人機(jī)導(dǎo)航技術(shù)經(jīng)過多領(lǐng)域應(yīng)用與研究，已經(jīng)在眾多領(lǐng)域取得成果。使用導(dǎo)航技術(shù)之后，無人機(jī)的實際應(yīng)用已經(jīng)涉及到農(nóng)業(yè)保植、航天氣象、軍事偵察等多個領(lǐng)域。為了能夠擔(dān)負(fù)起更多任務(wù)，無人機(jī)導(dǎo)航技術(shù)在未來必然會在增強(qiáng)導(dǎo)航穩(wěn)定性、提高導(dǎo)航精度和提升導(dǎo)航系統(tǒng)綜合性能方面發(fā)展。隨著科技發(fā)展，無人機(jī)導(dǎo)航技術(shù)必然會日益成熟，無人機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航能力必然會有所提升。

參考文獻(xiàn)

[1] 張慶，朱代，武嚴(yán)煜. 生物視覺仿生在無人機(jī)導(dǎo)航中的應(yīng)用[J]. 中國科技信息，2016（15）：80-82.

[2] 顧云濤. 無人機(jī)導(dǎo)航技術(shù)研究[J]. 現(xiàn)代導(dǎo)航，2013（3）：198-201.

[3] 許曉偉，賴際舟，呂品，et al. 多無人機(jī)協(xié)同導(dǎo)航技術(shù)研究現(xiàn)狀及進(jìn)展[J]. 導(dǎo)航定位與授時，2017，4（4）.

[4] 張謙，鄔依林. 基于智能視覺的無人機(jī)導(dǎo)航技術(shù)研究[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù)，2018（16）.

（作者單位：陸軍航空兵學(xué)院）