3、空中集群协同弹性融合导航技术解析

空中集群协同弹性融合导航技术解析

1. 研究背景与必要性

近年来，空中集群技术因具备巨大的应用潜力而受到广泛研究。空中集群具有灵活性和移动性，能够同时执行多个任务或子任务。随着无人机间相对测量和信息共享技术的发展，在集群任务中实现无人机间的协调成为可能，例如坐标搜索和勘测等任务。

目前，无人机导航主要依赖惯性测量单元（IMUs）和全球导航卫星系统（GNSS）接收器。然而，IMU通常存在连续的漂移误差，GNSS信号易受外部干扰且可靠性较低。成员个体出现的故障会影响整个集群的导航性能，因此需要分析故障在集群协作中的影响，开发合适的协同弹性融合导航框架，设计能够检测和识别多个观测故障的协同弹性融合导航算法，以确保复杂环境下空中集群导航系统的故障检测和排除能力。

2. 协同导航结构

为解决现有相对导航技术不适用于融合多架飞机相对和绝对传感器测量值的问题，提出了以下三种无人机集群协同导航结构：
- 领导者 - 追随者协同导航结构 ：定位精度低的飞机被指定为追随者，定位精度高的飞机为领导者。追随者可接收领导者通过传感器收集的相对测量信息，以维持自身导航性能。
- 并行协同导航结构 ：集群中的所有飞机被视为具有同等重要性，它们会广播自己和其他无人机的相对测量信息。
- 分层协同导航结构 ：这是对领导者 - 追随者结构的改进。根据在线估计的定位精度，集群中的飞机被分为领导者层和追随者层。基于这种分层协同导航结构的动态协同导航模型，导航系统能在领导者和追随者出现故障时进行协同恢复。