一种微小型无人机导航装置制造方法
【专利摘要】本发明提出了一种微小型无人机导航装置，包括：GNSS导航模块、IMU导航模块、地磁导航模块、姿态融合及导航控制模块和外壳，姿态融合及导航控制模块用于接收多个数据，并进行数据验证以判断GNSS导航模块、IMU导航模块和地磁导航模块是否正常，如果正常，则计算无人机的第一俯仰角和第一航向角、第二俯仰角和第一横滚角，第二航向角和第二横滚角，以预设融合算法进行姿态融合，生成无人机的位置数据，判断无人机的位置数据是否位于预设安全范围内，如果否，则控制无人机调整飞行状态直至位于预设安全范围内。本发明采用低成本传感器，可以降低整个装置的生产成本，实现跨平台的导航方法，可适用不同平台的无人机。
【专利说明】-种微小型无人机导航装置
【技术领域】
[0001] 本发明设及无人机【技术领域】，特别设及一种微小型无人机导航装置。
【背景技术】
[0002] 无人机具有独有的低成本、低损耗、零伤亡、可重复使用和高机动等诸多优势，其 使用范围已拓宽到军事、民用和科学研究S大领域。在军事上可用于侦察、监视、攻击、目标 模拟、早期预警等；在民用上，可用于大地测量、气象观测、城市环境检测、地球资源勘探和 森林防火等；在科学研究上，可用于大气研究，对核生化污染区的取样与监控、新技术新设 备与新飞行器的试验验证等。
[0003] 目前的无人机导航方法包括W下几种：地标导航法、航位推算导航法、无线电导航 法、惯性导航法、图像匹配导航法、天文导航法、卫星导航法、组合导航法，存在W下缺陷：
[0004] 1、现有装置体积较大，不适合微小型无人机特别是微型无人机的使用；
[0005] 2、现有装置采用的传感器价格较贵，不适合微小型无人机特别是微型无人机的使 用；
[0006] 3、现有组合导航算法计算方法复杂，计算周期较长。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
[000引为此，本发明的目的在于提出一种微小型无人机导航装置。
[0009] 为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种微小型无人机导航装置，包括；GNSS 导航模块，用于测量无人机的天向方向速度、水平方向速度、正北方向速度￥^^和正 东方向速度;IMU导航模块，用于测量所述无人机S维方向上的加速度值A ,、Ay和A ^地 磁导航模块，用于测量所述无人机在水平面的=维方向上的磁场强度M&、Myh、Mzh和垂直面 上的S维方向上的磁场强度Mh、MYY、Mh;姿态融合及导航控制模块，用于接收来自所述GNSS 导航模块、IMU导航模块和地磁导航模块的多个数据，并进行数据验证W判断所述GNSS导 航模块、IMU导航模块和地磁导航模块是否正常，如果正常，则根据所述天向方向速度、 水平方向速度、正北方向速度Vjb和正东方向速度乂$计算所述无人机的第一俯仰角PfflSS 和第一航向角H,wss，根据加速度值Ay、Ay和A ,计算所述无人机的第二俯仰角P 1"和第一横 滚角Rau，根据M化、M化、M化、Mxv、Myv、Mzv计算所述无人机的第二航向角H EC和第二横滚角R EC， W及对所述第一俯仰角P^SS、第一航向角H<?S、第二俯仰角PiMU、第一横滚角RiMU、第二航向角 Hk和第二横滚角RecW预设融合算法进行姿态融合，生成所述无人机的位置数据，并判断所 述无人机的位置数据是否位于预设安全范围内，如果否，则控制所述无人机调整飞行状态 直至位于预设安全范围内；外壳，所述GNSS导航模块、IMU导航模块、地磁导航模块和姿态 融合及导航控制模块均位于所述外壳内。
[0010] 在本发明的一个实施例中，所述GNSS导航模块为GPS/化ONASS双频接收机。
[ocm] 在本发明的一个实施例中，所述GNSS导航模块为还包括内置天线。
[0012] 在本发明的一个实施例中，所述IMU导航模块包括：加速度计传感器，用于测量所 述无人机=维方向上的加速度模拟信号；第一至第=巧螺仪，用于测量所述无人机=维方 向上的角速度模拟信号；模数AD转换模块，所述模数AD转换模块连接至所述加速度计传感 器和第一至第=巧螺仪，用于将加速度模拟信号和角速度模拟信号转换为对应的加速度值 Ax、Ay和Az和角速度值《x、《y、《z。
[0013] 在本发明的一个实施例中，所述地磁导航模块包括；地磁传感器，其中，
【权利要求】
1. 一种微小型无人机导航装置，其特征在于，包括： GNSS导航模块，用于测量无人机的天向方向速度、水平方向速度V7icT、正北方向速 度?和正东方向速度V3;; 頂U导航模块，用于测量所述无人机三维方向上的加速度值Ax、Ay和Az; 地磁导航模块，用于测量所述无人机在水平面的三维方向上的磁场强度^!^MYh、Mzh和 垂直面上的三维方向上的磁场强度MXv、MYv、Mzv; 姿态融合及导航控制模块，用于接收来自所述GNSS导航模块、IMU导航模块和地磁导 航模块的多个数据，并进行数据验证以判断所述GNSS导航模块、MU导航模块和地磁导航 模块是否正常，如果正常，则根据所述天向方向速度、水平方向速度V7w、正北方向速度 V#和正东方向速度?计算所述无人机的第一俯仰角Prass和第一航向角Hfflss，根据加速度值 Ax、Ay和A2计算所述无人机的第二俯仰角PIMU和第一横滚角RIMU，根据Mxh、MYh、Mzh、MXv、MYv、 Mzv计算所述无人机的第二航向角He。和第二横滚角Re。，以及对所述第一俯仰角Pfflss、第一航 向角Hfflss、第二俯仰角Pimu、第一横滚角Rimu、第二航向角Hk和第二横滚角Rk以预设融合算 法进行姿态融合，生成所述无人机的位置数据，并判断所述无人机的位置数据是否位于预 设安全范围内，如果否，则控制所述无人机调整飞行状态直至位于预设安全范围内； 外壳，所述GNSS导航模块、IMU导航模块、地磁导航模块和姿态融合及导航控制模块均 位于所述外壳内。
2. 如权利要求1所述的微小型无人机导航装置，其特征在于，所述GNSS导航模块为 GPS/GLONASS双频接收机。
3. 如权利要求1所述的微小型无人机导航装置，其特征在于，所述GNSS导航模块为还 包括内置天线。
4. 如权利要求1所述的微小型无人机导航装置，其特征在于，所述IMU导航模块包括： 加速度计传感器，用于测量所述无人机三维方向上的加速度模拟信号； 第一至第三陀螺仪，用于测量所述无人机三维方向上的角速度模拟信号； 模数AD转换模块，所述模数AD转换模块连接至所述加速度计传感器和第一至第三陀 螺仪，用于将加速度模拟信号和角速度模拟信号转换为对应的加速度值Ax、AjPAz和角速 度值《x、《y、《 z。
5. 如权利要求1所述的微小型无人机导航装置，其特征在于，所述地磁导航模块包括： 地磁传感器，其中，
其中，MX、MY、M#别为X轴、Y轴和Z轴地刺传感器的输出值，MWMpMzh为地磁传感器 在水平面的投影，MXv、MYv、Mzv为地磁传感器在垂直面的投影。
6. 如权利要求1所述的微小型无人机导航装置，其特征在于，所述姿态融合及导航控 制模块计算所述无人机的第一俯仰角Pfflss=asin(Vf/V^rt )，第一航向角Hfflss=atan(Vljt A东）； 所述姿态融合及导航控制模块计算所述无人机的第二俯仰角P1MU=asin(Ay/g)，第一 横滚角R1MU=atan2(Ax，Az)，其中，g为重力加速度； 所述姿态融合及导航控制模块计算所述无人机的第二航向角Hk =atan2 (-Mxh,MYh) -H。，第二横滚角Re。=atan2(MXv, -Mzv)，其中，Hq为偏磁角。
7. 如权利要求6所述的微小型无人机导航装置，其特征在于，所述姿态融合及导航控 制模块以预设融合算法进行姿态融合，包括： P-Pimu+KX(Pimj-Pgnss)，R-RIMJ+KX(Rihj-Rec)，H-HEC+KX(Hec-Hgnss)， 其中，P为姿态融合后的无人机的俯仰角，R为姿态融合后的无人机的横滚角，H为姿态 融合后的无人机的航向角，K为预设系数。
8. 如权利要求4所述的微小型无人机导航装置，其特征在于，所述姿态融合及导航模 块还用于在经过数据验证判断所述GNSS导航模块、MU导航模块和地磁导航模块异常时， 进一步对所述GNSS导航模块、IMU导航模块和地磁导航模块进行传感器可用性判断，包括 如下步骤： 判断所述天向方向速度、水平方向速度V7w、正北方向速度V#和正东方向速度 以及水平面的三维方向上的磁场强度MxPMy^Mzh和垂直面上的三维方向上的磁场强度MXv、 1&、]\^、加速度值4!￡4和八,角速度值《 !￡、《7、〇^是否正确； 如果正确，则进行容错计算，调整所述GNSS导航模块、IMU导航模块和地磁导航模块的 数据至容错范围内，然后将容错计算后的数据以预设融合算法进行姿态融合； 如果不正确，则判断GNSS导航模块、MU导航模块和地磁导航模块均不可用，发出开伞 指令以弹出降落伞。
9. 如权利要求1所述的微小型无人机导航装置，其特征在于，还包括：RS422接口，所述 RS422接口位于所述外壳上，用于与其他设备进行通信。
10. 如权利要求1所述的微小型无人机导航装置，其特征在于，还包括：电源及控制接 口，用于接入电源电压。
【文档编号】G05D1/08GK104503466SQ201510004820
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2015年1月5日 优先权日:2015年1月5日
【发明者】王根勇, 黄磊, 刘聪, 李学风 申请人:北京健德乾坤导航系统科技有限责任公司