无人机组合导航教学实验系统

一、概述无人机组合导航系统是基于 “多传感器优势互补” 设计的综合导航解决方案，核心以惯性导航系统（INS）为基础，融合 GNSS（北斗 / GPS/GLONASS 等）、视觉传感器、磁力计、气压计等多源设备，通过卡尔曼滤波、扩展卡尔曼滤波等信息融合算法，解决单一导航方式的精度局限与环境适应性不足问题。系统可在卫星信号遮挡（如室内、隧道）、电磁干扰等复杂场景下，持续输出高精度的位置、速度、姿态等导航参数，适配多旋翼无人机的测绘、巡检、植保等各类应用需求，同时兼顾高校导航工程、无人机应用等专业的 “理论教学 + 实操实训 + 科研创新” 三位一体培养目标，是连接课堂与产业的核心教学实训平台。
二、教学目标 1. 知识目标理解 GNSS/INS 组合导航的核心原理，掌握多传感器信息融合的基本逻辑与典型算法（如卡尔曼滤波）；熟悉系统各组成模块（惯性测量单元、卫星接收机、数据处理模块等）的功能、技术参数及工作特性；知晓组合导航系统在复杂环境下的误差来源与补偿方法，了解北斗导航与低轨增强技术的应用价值。 2. 技能目标具备系统硬件的拆装、连接与调试能力，能独立完成传感器校准、数据采集参数设定等实操任务；掌握导航数据的采集、处理与分析方法，可通过仿真软件或实测数据验证组合导航算法性能；能排查系统常见故障（如信号中断、数据漂移），具备基础的系统优化与二次开发潜力。 3. 素养目标培养严谨求实的工程思维与工匠精神，严格遵循设备操作规范与 6S 管理标准；强化家国情怀与产业适配意识，理解组合导航技术在国家低空经济、北斗产业发展中的战略意义；提升团队协作与创新能力，能基于系统开展复合型导航应用场景的方案设计。
三、系统组成 1. 核心硬件模块惯性测量单元（IMU）：作为核心感知部件，集成三轴陀螺仪、三轴加速度计（部分含磁力计），提供高精度角速度与加速度数据，支持姿态解算，典型型号如 ADI 公司 ADIS16365，具备宽温工作与低漂移特性； GNSS 接收模块：含双频多模 GNSS 天线（如 AH3226）与接收机板卡，支持北斗、GPS 等多系统信号接收，配合 RTK 基站可实现厘米级定位，解决绝对位置基准问题；数据处理与控制模块：搭载高性能处理器（如 STM32 系列），负责多源数据的同步采集、融合解算与指令输出，预留 SWD 仿真、串口通信等接口，支持二次开发与算法验证；辅助传感器与外设：含视觉传感器 / 光流模块（无 GNSS 环境下辅助定位）、气压计（高度测量）、无线数传电台（数据传输）、仿真器（程序下载与调试）等，丰富系统功能与实训场景。 2. 软件与算法支撑数据处理软件：支持导航数据的实时可视化、存储与离线分析，可生成误差分析报告；仿真与开发工具：含组合导航算法仿真平台（如 Matlab 基于 EKF 的融合算法包）、编程开发环境，适配教学演示与科研创新；配套教学资源：含实验指导书、设备手册、故障排查指南等，部分提供开源代码与实训项目案例库。