Ａｎ ｄ ａ ｎ ａ ｓ ｙ ｎ ｃ ｈｒ ｏ ｎｏ ｕｓ ｃ ｅ ｎｔ ｒ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｄ ｆ ｉ ｌ ｔ ｅ ｒ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｉ ｓ ｄｅ ｓ ｉ ｇｎｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ｓ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｎｇ ｔ ｈ ｅ ｔ ｉ ｍｅ ｕ ｐｄ ａ ｔ ｅ ｐ ｅ ｒ ｉ ｏ ｄ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｍｅ ａ ｓ ｕｒ ｅ ｍｅ ｎｔ ｕｐｄ ａ ｔ ｅ ｐｅ ｒ ｉ ｏ ｄ． Ａｃ ｃ ｏｒ ｄ ｉ ｎｇ ｔ ｏ ｔ ｈｅ ｎｏ ｎｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ ｃ ｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏｆ ｔ ｈｅ ｎａ ｖ ｉ ｇ ａ ｔ ｉ ｏｎ ｓ ｃ ｈ ｅ ｍｅ ，ａ ｎ ｏ ｎ— ｌ ｉ ｎｅ ａ ｒ Ｋａ ｌ ｍａ ｎ ｆ ｉ ｌ ｔ ｅ ｒ ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｓｉ ｇ ｍａ — ｐｏ ｉ ｎｔ Ｋａ ｌ ｍａ ｎ ｆ ｉ ｌ ｔ ｅ ｒ （ ＳＰＫＦ）ｉ ｓ ｐｒ ｏｐ ｏ ｓ ｅ ｄ．Ｉ ｎ ａ ｌ １ 。ａ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｍｕ ｌ ｔ ｉ — ｉ ｎｆ ｏｒ — ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｎａ ｖ ｉ ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｏｆ ｔ ｈ ｅ ｑ ｕａ ｄｒ ｏ ｔ ｏ ｒ ａ ｉ ｒ ｃ ｒ ａ ｆ ｔ ｉ ｓ ｂｕ ｉ ｌ ｔ ． Ｅｘ ｐｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎｔ ｓ ａ ｒ ｅ ｃ ａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｄ ｏｕ ｔ ａ ｎｄ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕｌ ｔ ｓ ｓ ｈｏ ｗ ｔ ｈａ ｔ ｔ ｈｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇｎｅ ｄ ｎａ ｖ ｉ ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｃ ａ ｎ ｓ ｕｐ ｐｌ ｙ ｇ ｏ ｏ ｄ ａ ｔ ｔ ｉ ｔ ｕｄ ｅ，ｖｅ ｌ ｏｃ ｉ ｔ ｙ ａ ｎｄ ｐ ｏｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｂ ｏｔ ｈ ｉ ｎ ａ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ — ｓ ｔ ａ ｔ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ｉ ｎ ａ ｄｙ ｎａ ｍｉ ｃ ｆ ｌ ｉ ｇ ｈｔ ｔ ｅ ｓ ｔ ．Ｔｈｅ ｎａ ｖ ｉ ｇａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｃ ａ ｎ ｍｅ ｅ ｔ ｔ ｈｅ ａ ｃ ｃ ｕｒ ａ ｃ ｙ ａ ｎｄ ｒ ｅ ｌ ｉ ａ — ｂｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｒ ｅ ｑ ｕ ｉ ｒ ｅ ｍｅ ｎｔ ｓ ｏｆ ｔ ｈｅ ｑ ｕ ａ ｄｒ ｏ ｔ ｏ ｒ ａ ｉ ｒ ｃ ｒ ａ ｆ ｔ ｕｎｄ ｅ ｒ ｄｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎｔ ｆ ｌ ｉ ｇ ｈｔ ｔ ａ ｓ ｋｓ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ：ｑｕ ａ ｄ ｒ ｏ ｔ ｏ ｒ ａ ｉ ｒ ｃ ｒ ａ ｆ ｔ ；ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｍｕｌ ｔ ｉ — ｉ ｎｆ ｏｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｕｓ ｉ ｏｎ ｎａ ｖ ｉ ｇａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ；ｍｕｌ ｔ ｉ — ｓ ｅ ｎｓ ｏ ｒ；Ｓｉ ｇ ｍａ — ｐｏ ｉ ｎｔ Ｋａ ｌ ｍａ ｎ ｆ ｉ ｌ ｔ ｅ ｒ（ ＳＰＫＦ）
Ｍｕ ｌ ｔ ｉ — ｉ ｎｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｎｏ ｎｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ Ｆｕ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｔｅ ｃ ｈ ｎｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｏ ｆ Ｍｉ ｃ ｒ ｏ
Ｑｕ ａ ｄ ｒ ｏ ｔ ｏ ｒ Ａｉ ｒ ｃ ｒ ａ ｆ ｔ
Ｌｉ ｕ Ｊ ｉ ａ ｎ ｙ ｅ，Ｊ ｉ ａ Ｗｅ ｎ ｆ ｅ ｎ ｇ，Ｌ ａ ｉ Ｊｉ ｚ ｈ ｏ ｕ，Ｌｕ Ｐｉ ｎ
信息融合导航 方案 ， 针 对 多传 感 器 数 据 更 新 不 一 致 的 问 题 ， 提 出 了 时 间更 新 和 量 测 更 新 分 离 的 异 步 滤 波 方 法 。
针 对 微 小型 四 旋 翼 无 人 飞 行 器 的 易 受环 境 影 响 和 多信 息 数 据 融 合 的 非 线 性 特 点 ， 研 究 了Ｓ ｉ ｇ ｍａ点 卡 尔 曼滤 波 器 （ Ｓ ｉ ｇ ｍａ — ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ Ｋ ａ ｌ ｍａ ｎ ｆ ｉ ｌ ｔ ｅ ｒ ， Ｓ Ｐ Ｋ Ｆ ） 的应用 ， 构 建 了一 种 新 型 的 四 旋 翼 飞行 器 微 型 多信 息 导 航 系统 。 实验 表 明 ， 该 系统 在 静 态和 动 态 飞 行 环 境 下 可 对 飞行 器 的 姿 态 、 速度 和位置进行 可靠估计 和量测 ， 能 够 保 证 四旋 翼 飞 行 器
（ Ｎａ ｖ ｉ ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｃｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ，Ｃｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ａｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ，Ｎａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ
第４ ５卷 第 ５期
２ ０ １ ３年 １ Ｏ月
南 京 航 空
航
天
大
学
学
报
Ｖｏ １ ． ４５ Ｎｏ ．５ Ｏｃ ｔ ． ２０１ ３
Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ａｅ ｒ ｏ ｎ ａ ｕ ｔ ｉ ｃ ｓ＆ Ａｓ ｔ ｒ ｏ ｎ ａ ｕ ｔ ｉ ｃ ｓ Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｎａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ
ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ （ ＭＥ ＭＳ ）ｉ ｎ ｅ ｒ ｔ ｉ ａ ｌ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｎ ｅ ｎ ｔ ｓ ，ｍ ａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｏ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ，ＧＰ Ｓ，ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ — ｆ ｌ ｏ ｗ ｉ ｍａ ｇ ｉ ｎ ｇ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ａ ｎ ｄ ｂ ａ ｒ ｏ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ．
Ａｅ ｒ ｏ ｎ ａ ｕ ｔ ｉ ｃ ｓ＆ Ａｓ ｔ ｒ ｏ ｎ ａ ｕ ｔ ｉ ｃ ｓ ，Ｎａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ，２ １ ０ ０ １ ６ ，Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔｈｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｇｒ ｉ ｔ ｙ ａ ｎｄ ｕｓ ａ ｂｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏｆ ｔ ｈｅ ｎ ａ ｖｉ ｇａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙｓ ｔ ｅ ｍ ａ ｒ ｅ ｉ ｍｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｎｔ ｓ ａ ｆ ｅ ｇ ｕａ ｒ ｄｓ ｔ ｏ ｓ ｍａ ｌ ｌ ｕ ｎ— ｍａ ｎｎｅ ｄ ａ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｖｅ ｈｉ ｃ ｌ ｅ ｓ ａ ｕ ｔ ｏ ｎｏ ｍｏ ｕｓ ｆ ｌ ｉ ｇｈｔ ．Ａ ｑ ｕａ ｄ ｒ ｏ ｔ ｏｒ ａ ｉ ｒ ｃ ｒ ａ ｆ ｔ ｗｉ ｔ ｈ ＡＲＭ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｐｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｒ ｉ ｓ ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎｅ ｄ． Ａ ｍ ｕｌ ｔ ｉ — ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｕｓ ｉ ｏ ｎ ｎ ａ ｖ ｉ ｇａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｃ ｈｅ ｍｅ ｉ ｓ ｐｒ ｏ ｐ ｏｓ ｅ ｄ， ｗｈｉ ｃ ｈ ｃ ｏ ｎｓ ｉ ｓ ｔ ｓ ｏ ｆ ｍｉ ｃ ｒ ｏ — ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎｉ ｃ ａ ｌ
自主 飞 行 的精 度 和 可 靠 性 ， 满足 多种 任 务 需 求 。 关键词 ： 四旋翼飞行 器； 多信 息 融 合 微 型 导航 系 统 ； 多传 感 器 ； Ｓ ｉ ｇ ｍａ 点 卡 尔 曼滤 波 器
中图分类号 ： Ｖ２ ４ ９ ． ３ — ２ ６ １ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ — ０ ５ ７ ５ — ０ ８
微 小 型 四旋 翼 飞 行 器 多信 息 非 线 性 融合 导 航 方 法 及 实 现
刘建 业 贾文 峰 赖 际舟 吕 品
（ 南 京 航 空 航 天 大 学 自动 化 学 院 导 航 研 究 中 心 ， 南京 ， ２ １ ０ ０ １ ６ ）
摘要 ： 导航 系统 的 完好 性 及 可 用 性 是 微 小 型 无 人 飞行 器 实现 自主 可 靠 飞 行 的 重要 保 障 。本 文 设 计 了 基 于 ＡＲ Ｍ 处 理 器 的 四 旋翼 飞 行 实验 平 台 ， 提 出一 种 采 用 ＭＥ Ｍｓ微 惯 性 器 件 、 磁 强计 、 Ｇ Ｐ Ｓ 、 光 流 图 像 传 感 器及 气 压 计 的 多