用于固定翼自主GNSS拒止导航算法测试的随机高保真仿真与场景

自主无人机(UAV)惯性导航极度依赖全球导航卫星系统(GNSS)信号的可用性，若无该信号，将产生缓慢但不可避免的位置漂移，若GNSS信号未恢复或飞机未到达可由遥控回收的位置，最终可能导致平台丢失。本文描述了一种固定翼低SWaP（尺寸、重量和功耗）自主无人机在湍流和变化气象条件下的随机高保真飞行仿真，旨在测试和验证不同导航算法的GNSS拒止性能。其开源\nm{\CC}实现已发布并公开可用。机载传感器包括加速度计、陀螺仪、磁强计、皮托管、大气数据系统、GNSS接收机和数字相机，因此该仿真适用于惯性、视觉及视觉惯性导航系统。考虑了两种涉及GNSS信号丢失的场景：第一种代表在经历变化气象条件时中止任务并前往远程回收点所涉及的挑战；第二种基于一系列密集间隔的航向改变对任务延续进行建模。所有仿真模块均尽可能少地简化以增进结果真实感。虽然飞机性能及其控制系统的实现是确定性的，但包括任务、传感器、气象、风、湍流和初始估计在内的所有其他模块均为完全随机的。这使得能够通过依赖两种场景大量执行的蒙特卡洛仿真，对每个所提导航系统进行鲁棒评估。