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基于多传感器融合理论的RTK无人机精准自主飞行控制方法

研究

摘要：本研究采用基于ROS（机器人操作系统和MAVROS）的多平台无人机系统

作为平台开源飞行控制，基于RTKfiPS的绝对位置测量和基于激光雷达的可用距

离分析方法，以及集成的外部传感器和飞行控制机载传感器，其用于纠正无人机

状态，并改善无人机飞行路径和跑道的稳定性。为了进一步增强无人机电力巡检

独立运行性能，设计了基于ROS的飞行项目管理系统，该系统识别无人机精确的

独立项目阶段之间的直接飞行。本文在实际飞行测试后的结果表明，在一次独立

的无人机飞行过程中，水平方向的平均水平误差为0，145m，垂直方向的平均垂

直误差为0，053m。

关键词：无人机；自主飞行；信息融合；RTK

1引言

工业无人机主要用于电力线检查，农业，林业和植物保护，消防，警察，海洋检查等领

域。当前，国际工业无人机产业正处于全盛时期[1]。总体而言，与消费无人机相比，工业无

人机的发展速度相对较慢，但仍处于较高的增长率。市场规模在2013年为20亿美元，2014

年为27亿美元（35070），2015年为36亿美元，2020年为259亿美元（平均每年42％），

刺激着各国经济发展的重要产业。

早期，无人机[2]在中国并未得到广泛使用，它们主要用于军事领域，例如救灾和无人区

的地质研究，在民用应用中，很少使用无人机。随着科学技术的发展和进步，无人机的生产

成本降低了，技术手段的不断创新导致中国无人机市场的快速增长。据统计，截至2016年，

中国无人机产业市场规模达到26.1亿元，比2010年增长600%。到2022年，无人机产业规

模将达到527亿元，平均增长65％。

相关技术2和RTK在无人机上的应用

超宽带技术2.1UWB

超宽带（UWB）技术是一项正在广泛研究中的新无线通信技术[3]。它具有高数据速率，

低功耗和低成本的特点。然而，由于极高的带宽，当与其他通信系统共享时，兼容性是另一

个巨大的挑战。

实际上，超尺寸技术已经存在了数十年。它最初被称为脉冲通信技术，也称为脉冲无线

电技术，它的操作系统不同于当前常用的通信技术。它具有陡峭的上升和下降沿。与基带的

直接通信，因此也称为到基带的传输或载波外部的传输。

脉冲UWB技术的脉冲长度通常在纳秒级，信号宽度高达几GHz，比其他当前通信技术

的带宽大得多，占空比小，因此传输功率非常小。蓝牙只有一百个分子或一千个分子能够传

输功率。但是同时，极限宽带技术也有其缺点。空间消耗低，并且在脉冲形成滤波过程中该

频带中的残留频带会引起不可预知的干扰，同时，很难实现具有CMOS的脉冲UWB系统。

2.2RTK技术

RTK使用载波相位进行实时定位。其定位系统的组成大致可分为两部分：第一，参考站。

在一个测量过程中，参考站固定在某个位置。第二，流动站，移动到要实时测量的水平进行

测量。它的类型可以分为承重部分的相位差和承重部分的相位差。载波相位差是参考站发送

的未经调整的观测值，其精度是厘米点；承载部分的相位差是基准站发送的承载相位的校正

值，其精度是分米级。通常，RTK[4]具有许多优点：

（1）定位的精度高

根据在厘米和分米级别的方位差和微分位移的精度，精度要比普通定位系统好得多。

RTK通常在15公里以内（在南部略小），可以正常运行，经纬度很小，基本上没有错误。

（2）工作效率高

在RTK信号接收区域内，可以设置一个或多个漫游站。在单站上处理时，根据信号强度

或距离为常规RTK操作[5]选择基站。如果其中一个基站发生事故，您可以切换到附近的流动

站，但是同时流动站必须具有自动扫频操作。同时，每个站点都会权衡或合并站点的公共数

据。此操作需要流动站大量的计算能力，并且需要流动站能够满足四通道接收。但是，工作

范围非常广泛，并且也减少了对相关在线主管的需求。

（3）工作条件限制小

技术RTK可在电磁波段中工作，并且在两点可见性要求存在障碍时也可以正常工作。而

且它不会影响其他外部环境，例如温度，湿度，风速等。

2.3RTK在无人机上的应用

随着对电力设备的需求增加以及网络运行的电压水平增加，高压线路的位置分析和维护

也特别重要。在高压线路检查中引入无人机，其