The present invention provides an integrated navigation integrity monitoring system for UAV, which includes: inertial measurement devices for providing processor with zero offset values of different levels of inertial measurement devices; receivers for receiving signals of global satellite navigation and providing processor with integrity risk of global satellite navigation system; processors for calculating horizontal protection of integrated navigation. The horizontal alarm limit and the vertical alarm limit are set, and the calculated horizontal protection level and the vertical protection level are compared with the corresponding horizontal alarm limit and the vertical alarm limit respectively. The integrity of the UAV is monitored. The inertial navigation system can be realized without hardware redundancy, and the cost of integrity monitoring of the integrated navigation system can be reduced.
【技术实现步骤摘要】
一种用于无人机的组合导航完好性监测系统
本专利技术涉及航空导航
，特别涉及一种用于无人机的组合导航完好性监测系统。
技术介绍
随着无人机(UnmannedAerialVehicle,UAV)在民用领域的应用越来越广泛，给人们的工作和生活带来的许多便利，如农用植保无人机、航拍无人机等，但同时也带来了许多安全隐患，如“黑飞”事件频频发生、在人群密集地和机场飞行等，都给社会的生产生活带来了许多的困扰。如何有效的实现UAV在管控空域内的安全飞行是当前在UAV民用领域应用中的现实问题。保障UAV在特定区域飞行的安全性措施，确保操作的安全、实现安全有效的在特定空域飞行，一方面可以在设置禁飞区的区域限制UAV的飞行边界实现禁飞，另一方面能高效的实现UAV的管控，避免对人们正常的生产和生活造成干扰，危及人们生产生活安全。全球导航卫星系统(GlobalNavigationSatelliteSystem,GNSS)和惯性导航系统(InertialNavigationSystem,INS)的组合导航技术可给UAV提供实时稳定精确的位置信息。使用GNSS/INS组合导航系统不仅可以提供水平的导航服务，还能提供垂向的导航服务。保障INS系统的完好性，传统方法是采用硬件上的冗余来实现，然而在民用领域上，通常需要考虑硬件成本方面的限制，所以采用硬件冗余的方法来保障INS系统的完好性，显然不符合实际应用需求。保障GNSS系统的完好性，通常使用接收机自主完好性监测(ReceiverAutonomousIntegrityMonitoring,RAIM)技术来实现。因此，为了克服现有技术...
【技术保护点】
1.一种用于无人机的组合导航完好性监测系统，其特征在于，所述系统包括：惯性测量器件，用于向处理器提供不同等级的惯性测量器件的零偏值；接收机，用于接收全球卫星导航的信号，并向处理器提供全球卫星导航系统的完好性风险；处理器，用于计算组合导航的水平保护级和组合导航的垂直保护级，其中，所述组合导航的水平保护级通过如下方法计算：HPL＝max{HPLGNSS,fault,HPLIMU,fault,HPLIMU,Nominal}，其中，HPLGNSS,fault为全球卫星导航系统故障假设下的水平保护级，HPLIMU,fault为惯性导航故障假设下的水平保护级，HPLIMU,Nominal为惯性导航标称假设下的水平保护级；所述组合导航的垂直保护级通过如下方法计算：VPL＝max{VPLGNSS,fault,VPLIMU,fault,VPLIMU,Nominal}，其中，VPLGNSS,fault为全球卫星导航系统故障假设下的垂直保护级，VPLIMU,fault为惯性导航故障假设下的垂直保护级，VPLIMU,Nominal为惯性导航标称假设下的垂直保护级；所述处理器还执行如下指令：以无人机的横向尺寸为...
【技术特征摘要】
1.一种用于无人机的组合导航完好性监测系统，其特征在于，所述系统包括：惯性测量器件，用于向处理器提供不同等级的惯性测量器件的零偏值；接收机，用于接收全球卫星导航的信号，并向处理器提供全球卫星导航系统的完好性风险；处理器，用于计算组合导航的水平保护级和组合导航的垂直保护级，其中，所述组合导航的水平保护级通过如下方法计算：HPL＝max{HPLGNSS,fault,HPLIMU,fault,HPLIMU,Nominal}，其中，HPLGNSS,fault为全球卫星导航系统故障假设下的水平保护级，HPLIMU,fault为惯性导航故障假设下的水平保护级，HPLIMU,Nominal为惯性导航标称假设下的水平保护级；所述组合导航的垂直保护级通过如下方法计算：VPL＝max{VPLGNSS,fault,VPLIMU,fault,VPLIMU,Nominal}，其中，VPLGNSS,fault为全球卫星导航系统故障假设下的垂直保护级，VPLIMU,fault为惯性导航故障假设下的垂直保护级，VPLIMU,Nominal为惯性导航标称假设下的垂直保护级；所述处理器还执行如下指令：以无人机的横向尺寸为准设置水平告警限，以无人机的纵向尺寸为准设置垂直告警限，将计算得到的组合导航的水平保护级与水平告警限比较，将计算得到的组合导航的垂直保护级与垂直告警限比较，对无人机的完好性进行监测。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述惯性导航标称假设下的水平保护级HPLIMU,Nominal通过如下方法计算：HPLIMU,Nominal＝Kmd,INS,HσIMU,std,h，其中，σIMU,std,h为惯性测量器件的性能参数在水平方向上的标准偏差，Kmd,INS,H为惯性导航标称假设下水平方向的漏检系数；所述惯性导航标称假设下水平方向的漏检系数Kmd,INS,H通过如下方法得到：Kmd,INS,H＝Q-1(λIMU,std,hPHMI,H,Nominal)，其中，Q为零均值高斯分布的累积分布函数，λIMU,std,h为惯性导航标称假设下水平方向上的完好性风险误差权重比，满足0＜λIMU,std,h＜1，PHMI,H,Nominal为惯性导航标称假设下水平方向上分配的完好性风险；所述惯性测量器件的性能参数在水平方向上的标准偏差σIMU,std,h通过如下方法得到：其中，σIMU,std,N为北东天坐标系下的北向标准偏差，σIMU,std,E为北东天坐标系下的东向标准偏差。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述惯性导航故障假设下的水平保护级HPLIMU,fault通过如下方法计算：其中，σIMU,fault,h为惯性导航故障假设下的水平方向上的故障偏差，Kmd,INS-fault,H为惯性导航故障假设下水平方向的漏检系数，Kk,i是当前采样时刻i的卡尔曼滤波增益，是当前采样时刻i的过程噪声偏差修正量，Γω,i为当前时刻i输入的噪声协方差矩阵，为当前时刻i的过程噪声矢量，k为组合导航中扩展卡尔曼滤波方程的状态，N＝1，2，…；惯性导航故障假设下水平方向的漏检系数Kmd,INS-fault,H通过如下方法得到：Kmd,INS-fault,H＝Q-1(λIMU,fault,hPHMI,H,INS)，其中，Q为零均值高斯分布的累积分布函数，λIMU,fault,h为惯性导航故障假设下水平方向上的完好性风险误差权重比，满足0＜λIMU,fault,h＜1，PHMI,H,INS为惯性导航故障假设下水平方向上分配的完好性风险；惯性导航故障假设下的水平方向上的故障偏差σIMU,fault,h通过如下方法得到：其中，σIMU,fault,N为北东天坐标系下的北向故障偏差，σIMU,fault,E为北东天坐标系下的东向故障偏差。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，全球卫星导航系统故障假设下的水平保护级HPLGNSS,fault通过如下方法计算：其中，是平均位置偏差μk,i在水平方向上的分量μk,h,i的算术平均修正量，Kffmd,H为全球导航系统故障假设下水平方向的漏检系数，全球导航系统故障假设下的水平方向上的故障偏差，全球导航系统故障假设下水平方向的漏检系数Kffmd,H通过如下方法得到：Kffmd,H＝Q-1(PHMI,H,GNSS/2)，其中，Q为零均值高斯分布的累积分布函数，PHMI,H,GNSS全球导航系统故障假...
【专利技术属性】
技术研发人员：王志鹏，朱衍波，刘伟，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11
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