CN105511484A - 控制无人机稳定飞行的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种控制无人机稳定飞行的方法，其方法包括：无人机飞行过程中，飞控系统收集无人机上所搭载的监测装置所返回的监测数据，所述监测装置至少包括：GPS、加速度传感器、陀螺仪和磁力计；根据所述监测装置返回的监测数据，至少对所述无人机的飞行航向和平稳性中的一项进行控制。本发明还公开了一种控制无人机稳定飞行的装置。本发明解决了无人机在飞行过程中，由于飞行环境等因素影响导致无人机偏航角产生误差进一步对无人机的偏航方向产生影响，以及无人机横滚角和俯仰角受到影响后发生偏差的情况下，致使无人机无法正常平稳飞行的问题。
Description
技术领域
本发明涉及无人机飞行控制领域，尤其涉及控制无人机稳定飞行的方法及装置。
背景技术
目前，无人机广泛应用于民用、商用及军事领域，在民用领域，越来越多的极限运动爱好者使用无人机进行摄录，在商用领域，除搭载摄像设备对各项体育赛事进行跟踪航拍以外，并已进入物流行业，可以将货物送往人力配送较难、较慢的偏远地区，因此，无人机有着广泛的应用范围及广阔的市场前景。
现有飞控系统中，为保证无人机平稳飞行，无人机飞行过程中需要通过磁力计获得的数据控制无人机的偏航方向，以及通过陀螺仪获得的数据控制飞行器横滚角和俯仰角使得无人机正常飞行，由于磁力计抗电磁干扰能力弱，容易受到强磁场的干扰从而导致获取的数据准确度差，从而造成飞控系统不能正确的控制无人机偏航方向，使得无人机存在坠机等风险，而陀螺仪为惯性器件，长期使用后陀螺仪获得的数据存在漂移的情况，使得无人机不能按照预设路径平稳飞行。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种控制无人机稳定飞行的方法及装置，旨在解决磁力计受到电磁干扰后返回的数据准确度差，导致飞控系统无法正确控制无人机偏航方向，以及陀螺仪发生漂移后无人机无法正常飞行的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种控制无人机稳定飞行的方法，所述控制无人机稳定飞行的方法包括以下步骤：
无人机飞行过程中，飞控系统收集无人机上所搭载的监测装置所返回的监测数据，所述监测装置至少包括：GPS(GlobalPositioningSystem，全球定位系统)、加速度传感器、陀螺仪和磁力计；
根据所述监测装置返回的监测数据，至少对所述无人机的飞行航向和平稳性中的一项进行控制。
优选地，所述根据所述监测装置返回的监测数据，对所述无人机的飞行航向进行控制的步骤包括：
根据所述GPS和磁力计返回的监测数据判断磁力计是否失效；
当判断到磁力计已失效时，根据GPS返回的监测数据计算无人机偏航角，获得无人机的偏航角误差；
根据所述偏航角误差控制所述无人机的偏航方向。
优选地，所述根据所述GPS和磁力计返回的监测数据判断磁力计是否失效的步骤包括：
根据GPS返回的监测数据获得无人机偏航角A；
根据磁力计返回的监测数据获得无人机偏航角B；
计算获得偏航角A与偏航角B的差的绝对值，若所述绝对值大于预设阀值，则判断磁力计已失效，否则，磁力计正常。
优选地，所述当判断到磁力计已失效时，根据GPS返回的监测数据计算无人机偏航角，获得无人机的偏航角误差的步骤包括：
根据GPS返回的监测数据获得无人机沿大地坐标系x，y方向的速度；
根据所述无人机沿大地坐标系x，y方向的速度计算得到无人机偏航角；
根据所述无人机偏航角和上一时刻无人机偏航角获得无人机的偏航角误差。
优选地，根据所述监测装置返回的监测数据，对所述无人机的平稳性进行控制的步骤包括：
将所述加速度传感器返回的监测数据通过旋转矩阵获得无人机机体x、y和z轴三个方向上的加速度信息A；
根据所述GPS返回的监测数据获得无人机沿大地坐标系中x、y和z三个方向上的速度，并根据所述x、y和z三个方向上的速度获得无人机机体x、y和z轴三个方向上的加速度信息B；
对加速度信息A与加速度信息B进行向量叉乘获得计算结果；
根据所述计算结果对无人机的横滚角和俯仰角进行修正，对所述无人机的平稳性进行控制。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种控制无人机稳定飞行的装置，所述控制无人机稳定飞行的装置包括：
数据收集模块，用于在无人机飞行过程中，飞控系统收集无人机搭载的监测装置返回的监测数据，所述监测装置至少包括：GPS、加速度传感器、陀螺仪和磁力计；
飞行控制模块，用于根据所述监测装置返回的监测数据，至少对所述无人机的飞行航向和平稳性中的一项进行控制。
优选地，所述飞行控制模块包括：
判断单元，用于根据所述GPS和磁力计返回的监测数据判断磁力计是否失效；
误差获取单元，用于当判断到磁力计已失效时，根据GPS返回的监测数据计算无人机偏航角，获得无人机的偏航角误差；
方向控制单元，用于根据所述偏航角误差控制所述无人机的偏航方向。
优选地，所述判断单元包括：
GPS偏航角获取单元，用于根据GPS返回的监测数据获得无人机偏航角A；
磁力计偏航角获取单元，用于根据磁力计返回的监测数据获得无人机偏航角B；
计算判断单元，用于计算获得偏航角A与偏航角B的差的绝对值，若所述绝对值大于预设阀值，则判断磁力计已失效，否则，磁力计正常。
优选地，所述误差获取单元包括：
速度获取单元，用于根据GPS返回的监测数据获得无人机沿大地坐标系x，y方向的速度；
偏航角获取单元，用于根据所述无人机沿大地坐标系x，y方向的速度计算得到无人机偏航角；
偏航角误差获取单元，用于根据所述无人机偏航角和上一时刻无人机偏航角获得无人机的偏航角误差。
优选地，所述飞行控制模块还包括：
直接获取加速度单元，用于将加速度传感器返回的监测数据通过旋转矩阵获得无人机机体x、y和z轴三个方向上的加速度信息A；
计算获取加速度单元，用于根据所述GPS返回的监测数据获得无人机沿大地坐标系中x、y和z三个方向上的速度，并根据所述x、y和z三个方向上的速度获得无人机机体x、y和z轴三个方向上的加速度信息B；
计算单元，用于对加速度信息A与加速度信息B进行向量叉乘获得计算结果；
修正控制单元，用于根据所述计算结果对无人机的横滚角和俯仰角进行修正，对所述无人机的平稳性进行控制。
本发明实施例提出的一种控制无人机稳定飞行的方法及装置，通过使用GPS获取的数据，对磁力计状态进行判断，并在磁力计受到电磁干扰失效时，通过GPS获取的数据对无人机偏航方向进行控制，以及定时使用GPS获取的数据对无人机中搭载的陀螺仪进行修正，实现了无人机在受到电磁干扰时飞控系统仍能正确控制无人机偏航方向的功能，以及定时对陀螺仪进行修正，使得陀螺仪提供的数据准确可靠。
附图说明
图1为本发明控制无人机稳定飞行的方法第一实施例的流程示意图；
图2为本发明控制无人机稳定飞行的方法第二实施例的流程示意图；
图3为本发明控制无人机稳定飞行的方法第三实施例的流程示意图；
图4为本发明控制无人机稳定飞行的装置第一实施例的功能模块示意图；
图5为本发明控制无人机稳定飞行的装置第二实施例的功能模块示意图；
图6为本发明控制无人机稳定飞行的装置第三实施例的功能模块示意图；
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例的主要解决方案是：无人机飞行过程中，飞控系统收集无人机上所搭载的监测装置所返回的监测数据，所述监测装置至少包括：GPS、加速度传感器、陀螺仪和磁力计；根据所述监测装置返回的监测数据，至少对所述无人机的飞行航向和平稳性中的一项进行控制。
现有技术中，在磁力计受到电磁干扰时，无法提供准确度较高的信息，从而造成飞控系统不能正确的控制无人机偏航方向，可能使得无人机存在坠机等风险，以及陀螺仪在长期使用后其获得的数据存在漂移的情况，使得飞控系统无法正确的对无人机的平稳性进行控制。
本发明提供一种解决方案，使飞控系统在无人机受到电磁干扰时能够通过GPS获得的数据正确控制无人机的偏航方向，及根据GPS获得的数据计算获得无人机的加速度信息，根据所述加速度信息对无人机搭载的陀螺仪进行修正，保证陀螺仪提供的数据准确可靠，从而对无人机的横滚角及俯仰角进行修正以保证无人机的平稳性。
参照图1，为本发明控制无人机稳定飞行的方法的第一实施例，所述控制无人机稳定飞行的方法包括：
步骤S100，无人机飞行过程中，飞控系统收集无人机上所搭载的监测装置所返回的监测数据，所述监测装置至少包括：GPS、加速度传感器、陀螺仪和磁力计；
一种可选的实施例中，为提高所述收集无人机搭载的监测装置返回的监测数据的可靠性，采用多次对监测装置数据进行采集得到采集数据，最后对所述采集数据进行平均及加权处理以生成所述无人机搭载的监测装置返回的监测数据。
步骤S200，根据所述监测装置返回的监测数据，至少对所述无人机的飞行航向和平稳性中的一项进行控制；
根据所述GPS返回的监测数据，获得所述无人机在大地坐标系x、y和z方向上的三个速度，以及无人机当前位置的经度和纬度信息，对所述无人机的偏航方向进行控制以保证无人机的飞行航向，并通过所述传感器中包括的陀螺仪返回的监测数据，结合加速度传感器返回的加速度监测信息，对所述无人机的横滚角进行控制，以对所述无人机的平稳性进行控制。
本实施例中，一种可选实施方式的具体实施步骤如下：
1、利用磁力计返回的监测数据计算无人机在x、y和z轴上的磁场信息，由于地磁场以大地坐标系为参考，因此需将所述磁场信息从机体坐标系转到大地坐标系；
2、通过GPS返回的监测数据获取无人机当前位置的经度和纬度信息，并根据所述经度和纬度信息计算出磁偏角，通过磁偏角计算出无人机在x和y方向的磁场信息，计算公式如下：
_mag_earth.x＝cosf(_last_declination)；//根据所述经度和纬度信息通过余弦函数计算出无人机x方向的磁场；
_mag_earth.y＝sinf(_last_declination)；//根据所述经度和纬度信息通过正弦函数计算出无人机y方向的磁场；
3、对所述通过所述步骤1获得的磁场信息与所述步骤2获得的磁场信息进行向量叉乘计算获得计算结果，通过所述计算结果获得磁场误差数据，由于无人机的偏航方向只与x，y方向的磁场有关，与z轴方向的磁场无关，因此所述通过所述计算结果获得磁场误差数据与z轴方向上的数据无关；
4、将所述误差数据送入到DCM(DirectionCosineMatrix，方向余弦矩阵)姿态控制算法，完成对无人机偏航方向的修正，达到控制无人机飞行航向的作用。
在本实施例中，通过GPS和磁力计传感器返回的监测数据在无人机飞行过程中对无人机进行控制，使得飞控系统通过GPS和磁力计传感器返回的监测数据控制无人机偏航角，保证无人机能够按照正确的航向飞行。
参照图2，为本发明控制无人机稳定飞行的方法的第二实施例，基于图1所示的实施例，所述根据所述监测装置返回的监测数据，对所述无人机的飞行航向或平稳性进行控制的步骤包括：
步骤S201，根据所述GPS和磁力计返回的监测数据判断磁力计是否失效；
飞控系统通过收集到的所述数据对根据磁力计获得的无人机偏航方向误差判断磁力计是否失效，磁力计失效的原因可能由电磁干扰和/或无人机在强磁场环境下工作引起。
步骤S202，当判断到磁力计已失效时，根据GPS返回的监测数据计算无人机偏航角，获得无人机的偏航角误差；
当判断到磁力计已失效时，飞控系统通过获取GPS返回的信息计算出无人机偏航角，并通过所述偏航角更进一步的获得无人机的偏航角误差。
步骤S203，根据所述偏航角误差控制所述无人机的偏航方向；
飞控系统通过所述偏航角误差通过DCM姿态控制算法从而完成对偏航方向的控制，使得无人机能够保持正确的偏航方向。
具体实施时，本实施例所述步骤具体如下：
1、在无人机飞行过程中，飞控系统通过磁力计获得的数据计算出无人机机体x、y和z轴的磁场向量，由于地磁场以大地坐标系为参考，因此需要将所述磁场从机体坐标系转换到大地坐标系中；
2、飞控系统通过GPS返回的数据获取无人机当前位置的经度和纬度信息，并通过所述经度和纬度信息计算出磁偏角，进一步的通过所述磁偏角计算出无人机在x和y方向上的磁场向量；
3、根据步骤1所述获得的磁场向量与步骤2所获得的磁场向量进行叉乘计算后获得偏航角误差，飞控系统根据所述偏航角误差控制无人机偏航方向；
4、飞控系统根据GPS返回的数据获得无人机沿大地坐标系x和y方向的速度，并根据所述沿大地坐标系x和y方向的速度进行反正切函数计算得到无人机偏航角，较佳的实施方式可以通过如下代码计算得到无人机偏航角：
atan2f(istate.velocity.y,istate.velocity.x)；
5、将所述无人机偏航角与步骤3中通过磁力计返回的数据计算获得的无人机偏航角进行差值运算，获得差值并求取所述差值的绝对值，判断所述绝对值是超过预设阀值，若超过则判断磁力计已失效；
6、当磁力计失效时根据所述步骤4获得的无人机偏航角和上一时刻无人机偏航角获得无人机的偏航角误差，即以上一时刻无人机偏航角为基准，计算获得无人机的偏航角误差，将所述无人机的偏航角误差送入到DCM姿态控制算法，从而对无人机的偏航方向进行控制。
在本实施例中，通过上述方案使用GPS数据在磁力计受到电磁干扰时对无人机进行偏航角控制，使得无人机具有更为广泛的应用范围，并且保证无人机在强磁场环境下依然能够正常飞行，避免了磁力计在收到电磁干扰时，返回数据不准确导致无人机无法正确控制偏航方向最后可能带来无人机坠机等灾难性的问题。
进一步的，参照图3，为本发明控制无人机稳定飞行的方法的第三实施例，基于图1所示的实施例，所述根据所述监测装置返回的监测数据，对所述无人机的平稳性进行控制的步骤包括：
步骤S211，将所述加速度传感器返回的监测数据通过旋转矩阵获得无人机机体x、y和z轴三个方向上的加速度信息A；
通过加速度传感器直接获取加速度数据，并通过旋转矩阵将其转换到机体坐标系下，由此得到无人机机体x、y和z轴三个方向上的加速度信息A，其中较佳的实施方式为，若无人机搭载多套健康的加速度传感器，则将所述多套健康的传感器返回的监测数据进行融合后用于计算加速度信息A；
步骤S212，根据所述GPS返回的监测数据获得无人机沿大地坐标系中x、y和z三个方向上的速度，并根据所述x、y和z三个方向上的速度获得无人机机体x、y和z轴三个方向上的加速度信息B；
根据所述数据获得无人机沿大地坐标系中x、y和z方向上的速度信息后，根据固定时间间隔内飞行器速度的变化量计算出无人机x、y和z轴三个方向上的加速度信息，并通过叠加重力方向的加速度信息得到无人机在机体坐标系下的实际加速度信息，对所述实际加速度信息进行归一化处理后生成加速度信息B。
较佳实施例中，根据所述GPS返回的监测数据获得无人机沿大地坐标系中x、y和z三个方向上的速度的具体实现代码为：
velovity＝_gps.velocity()；//直接通过GPS获取groudvelocity数据
根据所述x、y和z三个方向上的速度获得无人机机体x、y和z轴三个方向上的加速度信息B；
一种较佳的实施例中，如果所述无人机没有搭载GPS或GPS没有一个好的目标锁定或GPS收到的卫星数少于6个，则GPS返回的监测数据存在不准确的情况，此时GPS不能使用，因此采用空速传感器获取airspeed(空速)，再通过DCM旋转矩阵将airspeed转换到地理坐标系下，在考虑风速影响后即为最终机体相对地理坐标系下的速度；
根据所述机体相对地理坐标系下的速度获得无人机沿大地坐标系中x、y和z三个方向上的速度；
根据所述x、y和z三个方向上的速度获得无人机机体x、y和z轴三个方向上的加速度信息B。
步骤S213，对加速度信息A与加速度信息B进行向量叉乘获得计算结果；
根据加速度信息A与加速度信息B进行向量叉乘，获得的结果为陀螺仪的漂移误差，根据所述漂移误差对陀螺仪进行修正，从而控制无人机的正常飞行。
步骤S214，根据所述计算结果对无人机的横滚角和俯仰角进行修正，对所述无人机的平稳性进行控制；
具体实施时，所述步骤具体为：
1、利用无人机搭载的加速度传感器获取加速度信息，并通过旋转矩阵将其转换到机体坐标系中，若机体存在多个健康的加速度传感器，则将多个加速度传感器的数据进行融合后作为最终加速度信息A；
2、根据所述数据判断GPS状态，若没有GPS、GPS锁定目标不满足预设条件或GPS收到的卫星数少于预设值，则GPS状态为不可用，反之，则GPS状态为可用；若GPS状态为不可用时，通过空速传感器获取无人机的空速，再通过DCM旋转矩阵将其转换到大地坐标系中，在考虑风速影响后得到无人机沿大地坐标系中x、y和z方向上的速度；若GPS状态为可用时，根据所述数据中GPS返回的数据获得无人机沿大地坐标系中x、y和z方向上的速度；
3、获得速度信息后，根据固定时间间隔内飞行器速度的变化量计算出无人机x、y和z轴三个方向上的加速度信息，并通过叠加重力方向的加速度信息并经过归一化处理得到无人机在机体坐标系下的实际加速度信息，对所述实际加速度信息进行归一化处理后生成加速度信息B；
4、根据加速度信息A与加速度信息B进行向量叉乘，获得的结果为陀螺仪的漂移误差，通过PI(ProportionalIntegral，比例/积分)控制器计算控制量的输出对陀螺仪进行修正，从而控制无人机的正常飞行。
在本实施例中，通过使用获取无人机速度信息计算无人机加速度信息，并通过与由加速度传感器获得的加速度信息进行计算获得漂移误差，最后对陀螺仪进行修正，由此保证无人机在陀螺仪发生漂移后，及时对其进行修正，使得飞控系统依然能够获得正确数据，从而控制无人机正常飞行。
参照图4，为本发明控制无人机稳定飞行的装置的第一实施例，所述控制无人机稳定飞行的装置包括：
数据收集模块100，用于在无人机飞行过程中，飞控系统收集无人机上所搭载的监测装置所返回的监测数据，所述监测装置至少包括：GPS、加速度传感器、陀螺仪和磁力计；
一种可选的实施例中，为提高所述收集无人机搭载的监测装置返回的监测数据的可靠性，采用多次对监测装置数据进行采集得到采集数据，最后对所述采集数据进行平均及加权处理以生成所述无人机搭载的监测装置返回的监测数据。
飞行控制模块200，用于根据所述监测装置返回的监测数据，至少对所述无人机的飞行航向和平稳性中的一项进行控制；
根据所述GPS返回的监测数据，获得所述无人机的在大地坐标系x、y和z方向上的三个速度，以及无人机当前位置的经度和纬度信息，对所述无人机的偏航方向进行控制以保证无人机的飞行航向，并通过所述传感器中包括的陀螺仪返回的监测数据，结合其他传感器返回的加速度监测信息，对所述无人机的横滚角进行控制，以对所述无人机的平稳性进行控制。
本市实施例中，一种可选实施方式的具体实施步骤如下：
1、利用磁力计返回的监测数据计算无人机在x、y和z轴上的磁场信息，由于地磁场以大地坐标系为参考，因此需将所述磁场信息从机体坐标系转到大地坐标系；
2、通过GPS返回的监测数据获取无人机当前位置的经度和纬度信息，并根据所述经度和纬度信息计算出磁偏角，通过磁偏角计算出无人机在x和y方向的磁场信息，计算公式如下：
_mag_earth.x＝cosf(_last_declination)；//根据所述经度和纬度信息通过余弦函数计算出无人机x方向的磁场；
_mag_earth.y＝sinf(_last_declination)；//根据所述经度和纬度信息通过正弦函数计算出无人机y方向的磁场；
3、对所述通过所述步骤1获得的磁场信息与所述步骤2获得的磁场信息进行向量叉乘计算获得计算结果，通过所述计算结果获得磁场误差数据，由于无人机的偏航方向只与x，y方向的磁场有关，与z轴方向的磁场无关，因此所述通过所述计算结果获得磁场误差数据与z轴方向上的数据无关；
4、将所述误差数据送入到DCM姿态控制算法，完成对无人机偏航方向的修正，达到控制无人机飞行航向的作用。
在本实施例中，通过GPS和磁力计传感器返回的监测数据在无人机飞行过程中对无人机进行控制，使得飞控系统通过GPS和磁力计传感器返回的监测数据控制无人机偏航角，保证无人机能够按照正确的航向飞行。
参照图5，为本发明控制无人机稳定飞行的装置的第二实施例，基于图4所示的实施例，所述飞行控制模块200包括：
判断单元201，用于根据所述GPS和磁力计返回的监测数据判断磁力计是否失效；
通过收集到的所述数据对根据磁力计获得的无人机偏航方向误差判断磁力计是否失效，磁力计失效的原因可能由电磁干扰和/或无人机在强磁场环境下工作引起。
误差获取单元202，用于当判断到磁力计已失效时，根据GPS返回的监测数据计算无人机偏航角，获得无人机的偏航角误差；
当判断到磁力计已失效时，误差获取单元202通过获取GPS返回的信息计算出无人机偏航角，并通过所述偏航角更进一步的获得无人机的偏航角误差。
方向控制单元203，用于根据所述偏航角误差控制所述无人机的偏航方向；
方向控制单元203通过所述偏航角误差通过DCM姿态控制算法从而完成对偏航方向的控制，使得无人机能够保持正确的偏航方向。
具体实施时，本实施例所述步骤具体如下：
1、在无人机飞行过程中，数据收集模块100通过磁力计获得的数据计算出无人机机体x、y和z轴的磁场向量，由于地磁场以大地坐标系为参考，因此需要将所述磁场从机体坐标系转换到大地坐标系中；
2、判断单元201通过GPS返回的数据获取无人机当前位置的经度和纬度信息，并通过所述经度和纬度信息计算出磁偏角，进一步的通过所述磁偏角计算出无人机在x和y方向上的磁场向量；
3、根据步骤1所述获得的磁场向量与步骤2所获得的磁场向量进行叉乘计算后获得偏航角误差，根据所述偏航角误差控制无人机偏航方向；
4、根据GPS返回的数据获得无人机沿大地坐标系x和y方向的速度，并根据所述沿大地坐标系x和y方向的速度进行反正切函数计算得到无人机偏航角，较佳的实施方式可以通过如下代码计算得到无人机偏航角：
atan2f(istate.velocity.y,istate.velocity.x)；
5、将所述无人机偏航角与步骤3中通过磁力计返回的数据计算获得的无人机偏航角进行差值运算，获得差值并求取所述差值的绝对值，判断所述绝对值是超过预设阀值，若超过则判断磁力计已失效；
6、当磁力计失效时根据所述步骤4获得的无人机偏航角和上一时刻无人机偏航角获得无人机的偏航角误差，即以上一时刻无人机偏航角为基准，计算获得无人机的偏航角误差，将所述无人机的偏航角误差送入到DCM姿态控制算法，从而对无人机的偏航方向进行控制。
在本实施例中，通过上述方案使用GPS数据在磁力计受到电磁干扰时对无人机进行偏航角控制，使得无人机具有更为广泛的应用范围，并且保证无人机在强磁场环境下依然能够正常飞行，避免了磁力计在收到电磁干扰时，返回数据不准确导致无人机无法正确控制偏航方向最后可能带来无人机坠机等灾难性的问题。
进一步的，参照图6，为本发明控制无人机稳定飞行的装置的第三实施例，基于图4所述的实施例，所述飞行控制模块200包括：
直接获取加速度单元211，用于将所述加速度传感器返回的监测数据通过旋转矩阵获得无人机机体x、y和z轴三个方向上的加速度信息A；
通过加速度传感器直接获取加速度数据，并通过旋转矩阵将其转换到机体坐标系下，由此得到无人机机体x、y和z轴三个方向上的加速度信息A，其中较佳的实施方式为，若无人机搭载多套健康的加速度传感器，则将所述多套健康的传感器返回的监测数据进行融合后用于计算加速度信息A；
计算获取加速度单元212，用于根据所述GPS返回的监测数据获得无人机沿大地坐标系中x、y和z三个方向上的速度，并根据所述x、y和z三个方向上的速度获得无人机机体x、y和z轴三个方向上的加速度信息B；
根据所述数据获得无人机沿大地坐标系中x、y和z方向上的速度信息后，根据固定时间间隔内飞行器速度的变化量计算出无人机x、y和z轴三个方向上的加速度信息，并通过叠加重力方向的加速度信息得到无人机在机体坐标系下的实际加速度信息，对所述实际加速度信息进行归一化处理后生成加速度信息B。
较佳实施例中，根据所述GPS返回的监测数据获得无人机沿大地坐标系中x、y和z三个方向上的速度的具体实现代码为：
velovity＝_gps.velocity()；//直接通过GPS获取groudvelocity数据
根据所述x、y和z三个方向上的速度获得无人机机体x、y和z轴三个方向上的加速度信息B；
一种较佳的实施例中，如果所述无人机没有搭载GPS或GPS没有一个好的目标锁定或GPS收到的卫星数少于6个，则GPS返回的监测数据存在不准确的情况，此时GPS不能使用，因此采用空速传感器获取airspeed(空速)，再通过DCM旋转矩阵将airspeed转换到地理坐标系下，在考虑风速影响后即为最终机体相对地理坐标系下的速度；
根据所述机体相对地理坐标系下的速度获得无人机沿大地坐标系中x、y和z三个方向上的速度；
根据所述x、y和z三个方向上的速度获得无人机机体x、y和z轴三个方向上的加速度信息B。
计算单元213，用于对加速度信息A与加速度信息B进行向量叉乘获得计算结果；
根据加速度信息A与加速度信息B进行向量叉乘，获得的结果为陀螺仪的漂移误差，根据所述漂移误差对陀螺仪进行修正，从而控制无人机的正常飞行。
修正控制单元214，用于根据所述计算结果对无人机的横滚角和俯仰角进行修正，对所述无人机的平稳性进行控制；
具体实施时，所述步骤具体为：
1、利用无人机搭载的加速度传感器获取加速度信息，并通过旋转矩阵将其转换到机体坐标系中，若机体存在多个健康的加速度传感器，则将多个加速度传感器的数据进行融合后作为最终加速度信息A；
2、根据所述数据判断GPS状态，若没有GPS、GPS锁定目标不满足预设条件或GPS收到的卫星数少于预设值，则GPS状态为不可用，反之，则GPS状态为可用；若GPS状态为不可用时，通过空速传感器获取无人机的空速，再通过DCM旋转矩阵将其转换到大地坐标系中，在考虑风速影响后得到无人机沿大地坐标系中x、y和z方向上的速度；若GPS状态为可用时，根据所述数据中GPS返回的数据获得无人机沿大地坐标系中x、y和z方向上的速度；
3、获得速度信息后，根据固定时间间隔内飞行器速度的变化量计算出无人机x、y和z轴三个方向上的加速度信息，并通过叠加重力方向的加速度信息并经过归一化处理得到无人机在机体坐标系下的实际加速度信息，对所述实际加速度信息进行归一化处理后生成加速度信息B；
4、根据加速度信息A与加速度信息B进行向量叉乘，获得的结果为陀螺仪的漂移误差，通过PI控制器计算控制量的输出对陀螺仪进行修正，从而控制无人机的正常飞行。
在本实施例中，通过使用获取无人机速度信息计算无人机加速度信息，并通过与由加速度传感器获得的加速度信息进行计算获得漂移误差，最后对陀螺仪进行修正，由此保证无人机在陀螺仪发生漂移后，及时对其进行修正，使得飞控系统依然能够获得正确数据，从而控制无人机正常飞行。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种控制无人机稳定飞行的方法，其特征在于，所述控制无人机稳定飞行的方法包括以下步骤：
无人机飞行过程中，飞控系统收集无人机上所搭载的监测装置所返回的监测数据，所述监测装置至少包括：GPS、加速度传感器、陀螺仪和磁力计；
根据所述监测装置返回的监测数据，至少对所述无人机的飞行航向和平稳性中的一项进行控制。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述监测装置返回的监测数据，对所述无人机的飞行航向进行控制的步骤包括：
根据所述GPS和磁力计返回的监测数据判断磁力计是否失效；
当判断到磁力计已失效时，根据GPS返回的监测数据计算无人机偏航角，获得无人机的偏航角误差；
根据所述偏航角误差控制所述无人机的偏航方向。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述GPS和磁力计返回的监测数据判断磁力计是否失效的步骤包括：
根据GPS返回的监测数据获得无人机偏航角A；
根据磁力计返回的监测数据获得无人机偏航角B；
计算获得偏航角A与偏航角B的差的绝对值，若所述绝对值大于预设阀值，则判断磁力计已失效，否则，判断磁力计正常。
4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述当判断到磁力计已失效时，根据GPS返回的监测数据计算无人机偏航角，获得无人机的偏航角误差的步骤包括：
根据GPS返回的监测数据获得无人机沿大地坐标系x，y方向的速度；
根据所述无人机沿大地坐标系x，y方向的速度计算得到无人机偏航角；
根据所述无人机偏航角和上一时刻无人机偏航角获得无人机的偏航角误差。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述监测装置返回的监测数据，对所述无人机的平稳性进行控制的步骤包括：
将所述加速度传感器返回的监测数据通过旋转矩阵获得无人机机体x、y和z轴三个方向上的加速度信息A；
根据所述GPS返回的监测数据获得无人机沿大地坐标系中x、y和z三个方向上的速度，并根据所述x、y和z三个方向上的速度获得无人机机体x、y和z轴三个方向上的加速度信息B；
对加速度信息A与加速度信息B进行向量叉乘获得计算结果；
根据所述计算结果对无人机的横滚角和俯仰角进行修正，对所述无人机的平稳性进行控制。
6.一种控制无人机稳定飞行的装置，其特征在于，所述控制无人机稳定飞行的装置包括：
数据收集模块，用于在无人机飞行过程中，飞控系统收集无人机搭载的监测装置返回的监测数据，所述监测装置至少包括：GPS、加速度传感器、陀螺仪和磁力计；
飞行控制模块，用于根据所述监测装置返回的监测数据，至少对所述无人机的飞行航向和平稳性中的一项进行控制。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述飞行控制模块包括：
判断单元，用于根据所述GPS和磁力计返回的监测数据判断磁力计是否失效；
误差获取单元，用于当判断到磁力计已失效时，根据GPS返回的监测数据计算无人机偏航角，获得无人机的偏航角误差；
方向控制单元，用于根据所述偏航角误差控制所述无人机的偏航方向。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述判断单元包括：
GPS偏航角获取单元，用于根据GPS返回的监测数据获得无人机偏航角A；
磁力计偏航角获取单元，用于根据磁力计返回的监测数据获得无人机偏航角B；
计算判断单元，用于计算获得偏航角A与偏航角B的差的绝对值，若所述绝对值大于预设阀值，则判断磁力计已失效，否则，判断磁力计正常。
9.如权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述误差获取单元包括：
速度获取单元，用于根据GPS返回的监测数据获得无人机沿大地坐标系x，y方向的速度；
偏航角获取单元，用于根据所述无人机沿大地坐标系x，y方向的速度计算得到无人机偏航角；
偏航角误差获取单元，用于根据所述无人机偏航角和上一时刻无人机偏航角获得无人机的偏航角误差。
10.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述飞行控制模块还包括：
直接获取加速度单元，用于将加速度传感器返回的监测数据通过旋转矩阵获得无人机机体x、y和z轴三个方向上的加速度信息A；
计算获取加速度单元，用于根据所述GPS返回的监测数据获得无人机沿大地坐标系中x、y和z三个方向上的速度，并根据所述x、y和z三个方向上的速度获得无人机机体x、y和z轴三个方向上的加速度信息B；
计算单元，用于对加速度信息A与加速度信息B进行向量叉乘获得计算结果；
修正控制单元，用于根据所述计算结果对无人机的横滚角和俯仰角进行修正，对所述无人机的平稳性进行控制。
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