一种运用于长航时无人机载荷的多源定位信息融合方法技术

本发明专利技术属于无人机载荷技术领域，提供一种长航时无人机载荷的多源定位方法。首先获取无人机组合导航系统和载荷系统初始解算信息，对无人机组合导航系统的野值进行判断，若结果为野值，载荷定位系统使用自身定位系统解算当前时刻的位置信息；若不是野值，则将当前时刻的解算信息传递给载荷所携带定位系统；对载荷定位系统进行野值判断，若得到的载荷定位系统的解算信息为野值，则只使用无人机组合导航系统传递的信息，进行预报得到当前时刻的位置；若均不为野值，则二者进行信息融合，可以将无人机组合导航系统解算的位置信息和载荷定位系统解算的位置信息进行融合，增强载荷位置估算精度，进而提升载荷的工作性能。

【技术实现步骤摘要】
一种运用于长航时无人机载荷的多源定位信息融合方法
本专利技术属于无人机载荷
，具体涉及一种长航时无人机载荷的多源定位方法。
技术介绍
航空对地观测技术应用广泛，随着无人机和各种载荷的发展，利用无人机携带载荷进行对地观测能够实现较高精度的三维测绘、风浪测量等功能。上述功能的实现需要解算载荷自身位置信息，完成测量信息的拼接，形成目标区域测量结果。载荷位置信息的获取目前有两种方式，一是利用无人机组合导航系统信息，二是利用载荷自带定位系统信息。但二者均具有一定的局限性：对于第一种方法，虽然载荷与无人机固连，利用无人机的组合导航系统解算的位置信息理论上可以等同于载荷的位置信息，但二者采用的并非同一套时间系统，会有所偏差；对于第二种方法，受限于尺寸、功耗等因素，载荷一般无法携带高性能定位系统，位置估算精度不高。为了提高载荷位置估算精度，进而提升载荷工作性能，目前一般采用两种方法：第一种是不限制载荷的尺寸和功耗，加装高精度导航卫星定位模块等导航装置，第二种是在飞行任务结束后，利用无人机组合导航系统信息修正载荷位置信息。但上述方法要么带来额外的消耗，给无人机带来极大负担，要么缺少实时性，只能依赖后处理。因此，有必要发展一种运用于长航时无人机载荷的多源定位信息融合方法，在不额外增加载荷定位系统性能的条件下，利用无人机组合导航系统的信息，实时增强载荷位置信息估算精度，有效提升载荷工作性能。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是如何在不增加载荷定位系统性能的条件下实时增强载荷位置信息估算精度的技术问题。为达到上述目的，本专利技术提供一种长航时无人机载荷多源位置解算信息融合方式，具体技术方案包括如下步骤：步骤1、初始解算信息的获取设无人机组合导航系统解算得到的状态信息为Xi(k)＝[riT(k),viT(k)]，其中包含了当前时刻k无人机组合导航系统的位置ri(k)和速度量vi(k)，同时也能获得当前为解算位置而得到的与位置误差相关的协方差矩阵Pirr(k)；设载荷定位系统解算得到当前时刻k的无人机的位置信息rj(k)与位置误差相关的协方差矩阵步骤2、无人机组合导航系统的野值判断无人机组合导航系统在当前时刻，可得如下预报值：其中前序时刻k-1与当前时刻k的时间差为dt，则有当获取了无人机组合导航系统的信息之后，可计算测量值对应的残差：其中，Yi(k)为当前时刻解算得到的无人机组合导航系统的位置；如果对所有的p个分量均有下式成立，则测量值不为野值：其中，c为给定的常量，上标p,p表示该矩阵对角线上的第p个元素，对应于D(k)矩阵的第p个分量；步骤3、若步骤2判断得到的无人机组合导航系统解算的位置结果为野值，则信息不进行传递，进行步骤4；否则，则将k时刻的解算信息传递给载荷所携带定位系统,跳至步骤5；步骤4、载荷定位系统使用自身定位系统解算当前时刻的位置信息；步骤5、载荷定位系统的野值判断载荷所携带的定位系统在当前时刻收到的信息实际来源于无人机组合导航系统信息的k*时刻，则重新计算预报值：其中然后，计算测量值对应的残差：如果对所有的p个分量均有下式成立，则测量值不为野值：步骤6、获取当前时刻的位置信息步骤6.1、若步骤5判断得到的载荷定位系统的解算信息为野值，则只使用无人机传递的信息，进行预报得到当前时刻的位置；步骤6.2、信息融合若无人机组合导航系统和载荷定位系统的解算信息均不为野值，二者进行信息融合，具体过程如下：设无人机组合导航系统解算信息的权重为wi，载荷定位系统解算信息的权重为wj，无人机组合导航系统的信息预报到当前时刻对应的位置和与位置相关的协方差矩阵为和则构造目标函数如下：使用最优化方法寻找使得P的迹最小时对应的权重值wi和wj，运用下式对整个系统的估计值进行更新：即完成了二者的信息融合。相对于现有技术，本专利技术的有效收益为：1、本专利技术给出了在该种方式下的位置信息融合算法，可以将无人机组合导航系统解算的位置信息和载荷定位系统解算的位置信息进行融合，增强载荷位置估算精度，进而提升载荷的工作性能。2、本专利技术的充分利用所有测量设备的测量信息，能够将多源信息进行融合，使系统摒弃测量差的信息，筛选出可以利用信息，得到更高的位置解算精度，从而提升载荷的导航精度。3、本专利技术利用设计的信息融合方法将长航时无人机自身的组合导航系统解算的位置信息和载荷所携带定位系统解算的位置信息进行融合，得到最优的融合方案，提升载荷的导航估计结果。4、本专利技术不需要额外增加载荷定位系统的性能，通过信息融合的方式就能够提升载荷自身的定位精度，降低了长航时无人机的开发成本。附图说明图1为本专利技术的流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实现过程进行详细的解释和说明。通常无人机为了完成相应的任务，会搭载不同的载荷，很多载荷工作工程中需要解算其位置信息。长航时无人机一般自带组合导航系统，在整个飞行过程中惯组会持续工作，且其信息被机载的导航卫星定位设备修正，具有较高的精度。载荷为了实现自闭环，往往也携带定位系统，独立地为载荷提供位置信息。载荷与机身固联，载荷定位系统所提供的信息理论上与无人机组合导航系统提供的信息相同。但由于载荷定位系统受限于载荷尺寸和功耗，在性能上与无人机组合导航系统有差异，二者实际输出数据不同；另外，无人机与载荷在传递信息时，存在时间差，或者信息丢包的情况，会影响信息解算精度。因此，本专利技术的核心思路是：不同源的位置解算结果不同，但都是对无人机/载荷在当前时刻位置的估计。不同源信息相互之间能形成一定的约束，运用合适的融合算法，就能提升载荷整体位置信息的估算精度。专利技术的流程图如图1所示，下面详细的介绍本专利技术信息融合算法的具体实现过程。本专利技术是利用设计的信息融合器将长航时无人机自身的组合导航系统解算的位置信息和载荷所携带定位系统解算的位置信息进行融合，得到最优的融合方案，提升载荷的导航估计结果。设无人机组合导航系统解算得到的状态信息为Xi(k)＝[riT(k),viT(k)]，包含了当前时刻k无人机组合导航系统的位置ri(k)和速度量vi(k)，同时也能获得当前为解算位置而得到的与位置误差相关的协方差矩阵Pirr(k)。同时，载荷定位系统也能处理得到当前时刻无人机的位置信息rj(k)与位置误差相关的协方差矩阵信息的融合算法如下：①无人机组合导航系统的野值判断方法。无人机在当前时刻，可得如下预报值：其中前序时刻k-1与当前时刻k的时间差为dt，则当获取了组合导航系统的信息之后，可计算测量值对应的残差：其中，Yi(k)为当前时刻解算得到的无人机的位置。如果对所有的p个分量均有下式成立，则测量值不为野值：其中，c为给定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种运用于长航时无人机载荷的多源定位信息融合方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1、初始解算信息的获取/n设无人机组合导航系统解算得到的状态信息为X

【技术特征摘要】
1.一种运用于长航时无人机载荷的多源定位信息融合方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、初始解算信息的获取
设无人机组合导航系统解算得到的状态信息为Xi(k)＝[riT(k),viT(k)]，其中包含了当前时刻k无人机组合导航系统的位置ri(k)和速度量vi(k)，同时也能获得当前为解算位置而得到的与位置误差相关的协方差矩阵Pirr(k)；
设载荷定位系统解算得到当前时刻k的无人机的位置信息rj(k)与位置误差相关的协方差矩阵
步骤2、无人机组合导航系统的野值判断
无人机组合导航系统在当前时刻，可得如下预报值：



其中前序时刻k-1与当前时刻k的时间差为dt，则有



当获取了无人机组合导航系统的信息之后，可计算测量值对应的残差：



其中，Yi(k)为当前时刻解算得到的无人机组合导航系统的位置；
如果对所有的p个分量均有下式成立，则测量值不为野值：



其中，c为给定的常量，上标p,p表示该矩阵对角线上的第p个元素，对应于D(k)矩阵的第p个分量；
步骤3、若所述步骤2判断得到的无人机组合导航系统解算的位置结果为野值，则信息不进行传递，进行步骤4；否则，则将k时刻的解算信息传递给...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈磊，吕良，胡云鹏，孟志鹏，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11