复杂气流干扰环境下的无人直升机导航关键技术研究

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1、中图分类号：V249.3论文编号：102870318-SX201学科分类号：081105硕士学位论文复杂气流干扰环境下的无人直升机导航关键技术研究研究生姓名鲍雪学科、专业导航、制导与控制研究方向惯性导航与组合导航指导教师盛守照教授张明副教授熊智研究员南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringResearchonKeyNavigationTechnologie

2、sofUnmannedHelicopterunderComplexAirflowInterferenceEnvironmentAThesisinNavigationGuidanceandControlbyBaoXueAdvisedbyProf.ShengShou-zhao,AssociateProf.ZhangMing,Prof.XiongZhiSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕

3、士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要无人直升机具有独特的飞行性能和使用价值，在国防和民用领域中具有重要的地位。复杂气流干扰是指无人直升机飞行过程中遭遇的大

4、气紊流、离散突风和风切变等气流对无人直升机本体的综合效应，会强烈影响无人直升机的飞行安全，也给无人直升机的导航系统带来了新的问题。为此，本文针对复杂气流干扰环境下的无人直升机导航关键技术展开了研究，以期提出适应无人直升机在复杂气流干扰环境下的具有较高精确性、可靠性、稳定性和自主性的导航方法。惯性导航系统是无人直升机重要的核心导航设备，本文研究了复杂气流干扰环境下的无人直升机惯性导航系统误差特性，首先分别分析了大气紊流、离散突风和风切变干扰下无人直升机的响应特性及对惯性导航系统计算误差的影响，其次分析了IMU振动误差对无人直升机惯性导航系统的影响

5、；针对随机角振动环境导致矢量积分引入的不可交换性误差增大的问题，对随机角振动环境下的不可交换性误差进行了分析，研究了角速率三子样圆锥补偿算法，并基于此提出了改进角速率三子样圆锥补偿算法，提高了复杂气流干扰环境下的捷联惯导解算精度。由于在复杂气流干扰环境下纯惯性导航系统无法满足无人直升机对精确、可靠导航的需求，为此，本文结合GPS和激光雷达的传感器特性，提出了无人直升机惯性/激光雷达/GPS组合导航方法。在分析激光雷达几何模型基础上，建立了激光雷达高度测量模型；结合无人直升机运动特性，提出了基于无人直升机悬停状态的激光雷达安装误差在线标定方法；考

6、虑到激光雷达的姿态耦合误差，改进了组合导航滤波模型，有效改善了复杂气流干扰环境下的无人直升机惯性/激光雷达/GPS组合导航系统性能。由于气压高度计是无人直升机上广泛使用的高度测量设备，本文提出了无人直升机惯性/气压高度计/GPS组合导航方法。建立了复杂气流干扰环境下的气压高度误差模型，提出了基于GPS辅助的气压高度漂移误差补偿自适应滤波算法；设计了复杂气流干扰环境下无人直升机惯性/气压高度计/GPS组合导航方案，对气压高度进行了修正，提高了复杂气流干扰环境下的无人直升机惯性/气压高度计/GPS组合导航系统精度。论文最后综合以上研究内容，提出了复

7、杂气流干扰环境下无人直升机组合导航总体方案，结合实验室的已有设备，设计并搭建了复杂气流干扰环境下无人直升机组合导航综合仿真验证平台，对本文提出的相关算法和方案进行实测数据的验证和分析。验证结果表明，本文提出的相关算法和方案能够提高复杂气流干扰环境下的无人直升机导航性能。关键词：复杂气流干扰，组合导航，误差建模，在线标定，自适应滤波I复杂气流干扰环境下的无人直升机导航关键技术研究ABSTRACTUnmannedhelicoptershaveuniqueflightperformanceandusevalue,andplayanimportantr

8、oleinthefieldsofnationaldefenseandcivil.Complexairflowinterferencereferstot