复杂时空环境下微小型飞行器全源无缝自主导航关键技术研究

In order to ensure the Micro air vehicle (MAV) perform reconnaissance and surveillance missions in the complex and dangerous environment, such as low altitude or indoor environment, the navigation systems of Micro air vehicle(MAV) with the complex space-time environment adaptability, which can get aircraft motion parameters independently, real-time and accurately, have to be researched. However, existing autonomous navigation systems only relying on the inertial navigation or single inertial integrated mode almost could not work stably and reliably in the complex space-time environment. Navigation technology of the Micro air vehicle (MAV) with high reliability and autonomy to adapt complex space-time environment has become a key technology to break through in the navigation field of the Micro air vehicle (MAV)..This project will explore the influence mechanism of MAV’s flight environment and movement characteristics on the navigation system error, research full source seamless autonomous navigation method to adapt the complex flight, such as low altitude and indoor environment, put forward space and time synchronization and intelligent seamless fusion methods combineing different navigation informations, and design the intelligent fault tolerant structure and research intelligent fault-tolerant method with full source heterogeneous navigation informations in the complex space-time environment. The researched methods of the project would realize the seamless integration of full source navigation informations and improve the accuracy and reliability of navigation system. The full source seamless autonomous navigation method researched for MAV can effectively realize MAV’s autonomous navigation in complex space-time environment.

为确保微小型无人飞行器在低空和室内等复杂、危险的环境下自主执行侦察和监视任务，要求微小型无人飞行器导航系统具有复杂时空环境下的适应能力，能自主、实时、精确、可靠获取飞行器运动状态参数，现有仅依靠惯性导航或单一的惯性组合模式实现的自主导航技术难以在低空和室内等复杂环境下可靠稳定工作，适应微小型无人飞行器复杂时空环境下飞行的具有高可靠性和自主性的导航技术已成为微小型飞行器导航领域亟待突破的关键技术。.本项目将探索微小型无人飞行器飞行环境和运动特性对导航系统误差的影响机理，研究适应低空和室内等复杂飞行环境的全源无缝自主导航方法，提出异类导航信息时空同步与智能无缝融合方法；研究复杂时空环境下的全源异类导航信息智能容错结构和智能主动容错方法，实现对全源导航信息的无缝融合，提高导航系统的精确性和可靠性，形成一套适用于微小型飞行器全源无缝自主导航方法，有效解决微小型飞行器在复杂时空环境中的自主导航问题。

本项目针对微小型飞行器在低空和室内等复杂、危险的时空环境下自主执行飞行任务给现有的自主导航技术带来的重大挑战，开展了复杂时空环境下导航系统的误差特性分析和自适应建模、全源异类导航信息时空同步和智能无缝融合、全源异类导航信息的智能主动容错的探索性研究，提出了一套较为完整的基础性导航方案和算法，实现了基于全源异类导航信息的微小型飞行器高精度全源无缝自主导航，提高了微小型飞行器导航系统的精度和可靠性。.本项目完成了复杂时空环境下全源异类导航传感器误差自适应建模方法研究、导航信息智能无缝融合处理方法研究、导航信息的智能主动容错处理方法研究，搭建了微小型飞行器全源无缝自主导航仿真平台。提出了基于相对独立可观测度的惯性器件误差建模及在线标定方法，提高了惯性传感器误差在线标定精度；提出了基于阵列布局的余度MEMS IMU测量误差机理及数据融合方法，提升了复杂环境下惯导系统的精度和可靠性；提出了SAR图像匹配结果可用性分析与惯性/SAR信息融合方法，分析了复杂时空环境下导航信息的可用性；提出了基于视觉辅助的三维激光雷达SLAM方法，有效提高了微小型飞行器SLAM系统运动估计及环境建模精度；提出了基于无参考系统诊断的多源信息自适应容错导航方法和一种新的矢量信息分配容错联邦滤波方法，保证了微小型飞行器导航系统在传感器故障状态下的可靠性；搭建了复杂时空环境下的微小型飞行器全源无缝自主导航的数字及半物理仿真验证平台，为微小型飞行器全源无缝自主导航实现提供了理论基础。本项目提出的微小型飞行器全源无缝自主导航方法，解决了多源异类导航信息的高效融合和可靠利用的科学问题，提高了微小型飞行器在复杂飞行环境下自主导航系统的性能。.项目在研究过程中，共发表国内外期刊论文41篇（其中SCI论文15篇，EI论文10篇），国内外会议论文14篇（其中EI检索10篇），申请国家发明专利12项(其中已获授权2项)，获2018年度国防科学技术发明二等奖一项，2019年度江苏省科学技术三等奖一项，完成2017年度国防科技成果鉴定一项，圆满完成了项目的各项研究计划。