无人机导航与通信技术_航空航天

1

前　言

近年来，随着科技的发展，无人机的功能越来越强大，其应用场景也不断扩展，已广泛应用于航拍、农业植保、测绘、电力巡检等领域，在国民经济和社会生产生活中发挥着越来越重

阅读

2

项目一　无人机导航定位方法

【知识目标】 1.掌握导航的基本概念和作用。 2.了解无人机的发展历程。 3.了解无人机导航技术的种类。【能力目标】学习并掌握资料收集的方法和小组合作学习的

阅读

4

一、什么是导航？

“导航”一词，我们已耳熟能详，无论是秋天南归的大雁，还是草原上暮归的羊群，或是在森林中迷失方向、在广阔无边的大海航行、在陌生的城市旅行时的我们，都需要导航；而且

阅读

5

二、无人机的发展历程

什么是无人机？无人机其实就是无人驾驶飞机的简称，缩写为“UAV”，是一种无线电遥控的无人驾驶飞机。2016年，无人机作为消费电子类的重头戏，迅速点燃了整个消费市

阅读

6

三、无人机导航技术的种类

无人机导航是按照要求的精度，沿着预定的航线在指定的时间内正确地引导无人机至目的地。要使无人机成功完成预定的航行任务，除起始点和目标的位置外，还必须知道无人机的实

阅读

7

四、无人机导航技术的发展趋势

1.研制新型惯性导航系统，提高组合导航系统精度目前，研究人员已经研制出光纤惯性导航、激光惯性导航、微惯性仪表、量子惯性导航等多种新型惯性导航系统。得益于现代微

阅读

8

项目二　无人机导航常用坐标系

【知识目标】 1.掌握笛卡尔直角坐标系的定义。 2.掌握球面坐标系的定义。 3.掌握无人机导航中常用坐标系的定义和分类。【能力目标】 1.在笛卡尔直角坐标系中

阅读

9

一、什么是坐标系？

无人机导航的目的是求得无人机的位置、速度、角速度、姿态等参数，这些参数只有放在坐标系里才有意义。无人机导航中都用到了哪些坐标系？这些坐标系之间的转换又是怎样的呢

阅读

10

二、导航常用坐标系

无人机导航中常见的坐标系如下：（1）地球中心坐标系（Earth Centered Earth Fixed Coordinate System，ECEF）；（

阅读

11

项目三　惯性导航系统

【知识目标】 1.掌握惯性导航系统工作原理。 2.掌握陀螺仪、加速度计和磁力计工作原理。 3.掌握MEMS陀螺仪工作原理。 4.掌握AHRS和IMU的区别与联系

阅读

12

任务一　陀螺仪工作原理与排故方法

【任务引入】无人机不能解锁起飞，连接飞控至Mission Planner地面站，HUD显示“Gyros not healthy”“Gyro cal faile

阅读

13

一、机械转子陀螺仪

将陀螺仪安装在框架装置上，使陀螺仪的自转轴有一定的转动自由度，这种装置的总体称为机械转子陀螺仪。最早的陀螺仪都是机械式的，体积比较大，里面有高速旋转的陀螺（图3

阅读

14

二、MEMS陀螺仪

由于机械转子陀螺仪对加工精度有很高的要求，而且怕振动，因此以机械转子陀螺仪为基础的导航系统精度一直都不太高。 MEMS陀螺仪成本低、体积小、质量轻（只有几克），

阅读

15

三、陀螺仪数据校准

目前，大多数的陀螺校准其实就是去掉零点偏移量。采集一定的数据求平均，这个平均值就是零点偏移，后续飞控所读的数据减去零点偏移即可。下列有关陀螺仪数据处理的6个式子

阅读

16

四、陀螺仪的误差分析

作为飞控系统上的核心传感器，陀螺仪的重要性不言而喻。飞控的姿态数据在很大程度上需要依赖陀螺仪的数据。但是低成本的MEMS传感器，如飞控上常用的mpu6050/m

阅读

17

五、陀螺仪的温漂特性

MEMS陀螺仪的零点偏移会随着环境温度的变化而变化，直观感受就是在夏天进行飞行测试时，由于飞控上面无遮挡，当飞行一段时间后，飞控不能回平了。也就是说，在温度变化

阅读

18

任务二　加速度计工作原理及排故方法

【任务引入】无人机飞控状态指示灯黄灯双闪，不能解锁起飞，连接飞控至Mission Planner地面站，HUD显示“Accels not healthy”或者

阅读

19

一、加速度计测量原理

加速度计用来感测运载体的线运动信息，是惯导系统的核心器件，其精度和性能基本上决定了惯导系统的精度和性能。通常，加速度计的工作原理是通过测量弹簧拉一小质量块产生

阅读

20

二、加速度计校准

在静态放置情况下，无论加速度计的位置在哪，所测得的加速度模值始终应该是当地重力加速度，而实际情况往往不满足这个条件，所以就需要对加速度计进行校准，校准的目的是为

阅读

21

三、由加速度计解算得到姿态角

将加速度计安装在无人机上，并使得加速度计X、Y、Z轴与机体X、Y、Z轴重合，在机体不剧烈运动的情况下，可认为加速度计测出的加速度表示重力加速度，根据这一特性，可

阅读

22

四、Pixhawk飞控加速度计校准步骤

准备好加速度计校准用到的硬件和软件：Pixhawk飞控、计算机、Micro USB线、Mission Planner地面站（图3-32～图3-34）。图3-

阅读

23

任务三惯性导航系统工作原理及排故方法

【任务引入】无人机开机自检时显示“IMU异常”或者“IMU预热中”。【任务分析】惯性导航系统是无人机导航系统的重要组成部分，能够提供位置、速度及全姿态信息

阅读

24

一、惯性导航技术发展历程

第一代惯性导航技术是指1930年以前的惯性技术，奠定了整个惯性导航发展的基础。牛顿三大定律是惯性导航的理论基础。第二代惯性技术开始于20世纪40年代火箭发展的

阅读

25

二、惯性导航系统的基本组成

惯性导航系统的核心是由陀螺仪和加速度计组成的惯性测量单元（简称IMU），之所以称为惯性导航，是因为惯性测量单元都是惯性器件。其中，陀螺仪测量的是无人机的角运动，

阅读

26

三、惯性导航系统的分类及工作原理

按照惯性测量装置（IMU）在载体上的安装方式，惯性导航系统可分为两类，即采用物理平台模拟导航坐标系的平台式惯导系统和采用数学算法确定出导航坐标系的捷联式惯导系统

阅读

27

四、惯性导航系统的自校准

惯性导航系统由于要考虑到初始条件和基准方向，所以需要进行自校准，一般捷联式惯导自校准需要10 min，平台式需要15～20 min。自校准的目的是使得惯导在进

阅读

28

五、惯性导航系统应用

惯性系统最先应用于火箭制导，美国火箭先驱罗伯特·戈达德试验了早期的陀螺系统。第二次世界大战期间经德国人冯·布劳恩改进后，应用于V-2火箭制导。战后美国麻省理工学

阅读

29

任务四　航姿参考系统工作原理及排故方法

【任务引入】装有Pixhawk飞控的无人机不能解锁，将飞控连接至地面站，HUD窗口显示“Compass not healthy”“Compass not ca

阅读

30

一、航姿参考系统和惯性测量单元的区别

在没有高可靠性加速度计和高精度陀螺仪的情况下，消费级无人机飞控普遍采用低成本的微机电系统（MEMS）器件为主构成的航姿参考系统（Attitude and Hea

阅读

《无人机导航与通信技术》简介

前　言

目录