CN106595577A - 一种强风条件下四旋翼无人机高度测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种强风条件下四旋翼无人机高度测量方法，所述方法通过加速计提供的第一高度信息、气压高度计提供的第二高度信息、GPS接收机提供的第三高度信息和北斗接收机提供的第四高度信息，进行联邦级联滤波器构建，完成高度滤波输出，实现高度测量，本发明的可以在失效状态，卫星导航测量高度存在较大噪声且滞后严重的条件下直接测量高度；反馈调节可以增强系统鲁棒性，不影响飞行安全。

Description

一种强风条件下四旋翼无人机高度测量方法

技术领域

本发明属于无人机导航技术领域，具体涉及一种强风条件下四旋翼无人机高度测量方法。

背景技术

目前无人机高度测量方法主要包括气压高度，卫星导航，超声波，激光，雷达等，由于四旋翼负载能力有限，激光与雷达适用性不高，超声波测高由于测量距离较近也不能满足多数场合要求。

强风条件下四旋翼无人机高度测量难度增加，强气流使气压高度测量受扰动较大，且机体工作环境恶劣，震动剧烈，惯性传感器精度变差，甚至可能出现失效状态，卫星导航测量高度存在较大噪声且滞后严重。强风条件下高度测量精度直接影响飞行安全，因此需要一种针对强风条件下四旋翼无人机的高度测量技术。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种强风条件下四旋翼无人机高度测量方法，所述方法通过加速计提供的第一高度信息、气压高度计提供的第二高度信息、GPS接收机提供的第三高度信息和北斗接收机提供的第四高度信息，进行联邦级联滤波器构建，完成高度滤波输出，实现高度测量；

进一步地，所述方法包括：

S1：利用加速度计的垂向加速度信息进行积分，得到第一高度信息；

S2:利用气压高度计获取第二高度信息、GPS接收机获取第三高度信息、以及北斗接收机获取第四高度信息；

S3:将第一高度信息和第二高度信息都输入到第一子滤波器中，将第一高度信息和第三高度信息输入到第二子滤波器中，将第一高度信息和第四高度信息输入到第三子滤波器中；

S4:将各子滤波器中内容输出到主滤波器中，根据各传感器特点分配各子滤波器权重，构建联邦级联滤波器；

S5:对强风条件下四旋翼无人机高度信息进行滤波估计，输出高度滤波；

S6：通过S5中输出的高度滤波，对各传感器输入进行故障检测；

进一步地，S1中所述利用加速度计的垂向加速度信息进行积分具体为通过垂向加速度信息进行高度积分；

进一步地，S4中所述各子滤波器的滤波参数由加速度计积分高度输出方差R1、气压高度输出方差R2、GPS接收机输出方差R3、北斗接收机输出方差R4确定，其中第一子滤波器滤波参数Q阵为R1、R阵为R2，第二子滤波器滤波参数Q阵为R1、R阵为R3，第三子滤波器滤波参数Q阵为R1、R阵为R4；

进一步地，S1中所述的第一高度信息为具有高频响应特性的高度信息；

进一步地，S4中所述根据各传感器特点分配各子滤波器权重，S4中所述根据各传感器特点分配各子滤波器权重，其中第一子滤波器输出为A1，第二滤波器输出为A2，第三滤波器输出为A3，主滤波器输出为A，构建联邦级联滤波器具体为

进一步地，S6中所述故障检测方法为若偏差超过阈值则实时隔离故障传感器；

本发明的有益效果如下：

1)可以在失效状态，卫星导航测量高度存在较大噪声且滞后严重的条件下直接测量高度；

2)反馈调节可以增强系统鲁棒性

3)不影响飞行安全。

附图说明

图1为发明所述方法的实施流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。下面为本发明的举出最佳实施例：

如图1所示，本发明提供一种强风条件下四旋翼无人机高度测量方法，所述方法通过加速计提供的第一高度信息、气压高度计提供的第二高度信息、GPS接收机提供的第三高度信息和北斗接收机提供的第四高度信息，进行联邦级联滤波器构建，完成高度滤波输出，实现高度测量，所述方法包括：

S1：利用加速度计的垂向加速度信息进行积分，得到第一高度信息；

S2:利用气压高度计获取第二高度信息、GPS接收机获取第三高度信息、以及北斗接收机获取第四高度信息；

S3:将第一高度信息和第二高度信息都输入到第一子滤波器中，将第一高度信息和第三高度信息输入到第二子滤波器中，将第一高度信息和第四高度信息输入到第三子滤波器中；

S4:将各子滤波器中内容输出到主滤波器中，根据各传感器特点分配各子滤波器权重，构建联邦级联滤波器；

S5:对强风条件下四旋翼无人机高度信息进行滤波估计，输出高度滤波；

S6：通过S5中输出的高度滤波，对各传感器输入进行故障检测。，S1中所述利用加速度计的垂向加速度信息进行积分具体为通过垂向加速度信息进行高度积分。

S4中所述各子滤波器的滤波参数由加速度计积分高度输出方差R1、气压高度输出方差R2、GPS接收机输出方差R3、北斗接收机输出方差R4确定，其中第一子滤波器滤波参数Q阵为R1、R阵为R2，第二子滤波器滤波参数Q阵为R1、R阵为R3，第三子滤波器滤波参数Q阵为R1、R阵为R4，S1中所述的第一高度信息为具有高频响应特性的高度信息，S4中所述根据各传感器特点分配各子滤波器权重，S4中所述根据各传感器特点分配各子滤波器权重，其中第一子滤波器输出为A1，第二滤波器输出为A2，第三滤波器输出为A3，主滤波器输出为A，构建联邦级联滤波器具体为

S6中所述故障检测方法为若偏差超过阈值则实时隔离故障传感器。

本发明利用机载传感器，包括加速度计、气压高度计、GPS接收机、北斗接收机，构建联邦级联滤波器，进行强风条件下四旋翼无人机高度测量。

根据主滤波器输出反馈对各传感器进行故障检测，实时隔离故障器件，增强系统鲁棒性，保证飞行安全。

实施步骤入如下：

1、利用加速度计的垂向加速度信息进行积分，得到具有高频响应特性的高度信息；

2、利用积分高度分别与气压高度，GPS接收机定位高度、北斗接收机定位高度信息三种观测量构成子滤波器，子滤波器滤波参数由加速度计、气压高度、GPS接收机、北斗接收机统计输出方差确定；

3、将各子滤波器输出作为主滤波器输入，根据各传感器特点分配各子滤波器权重，构建联邦级联滤波器，对强风条件下四旋翼无人机高度信息进行滤波估计。

4、通过主滤波器的高度输出，对各传感器输入进行故障检测，若偏差超过阈值则实时隔离故障传感器，增加系统可靠性。

以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种强风条件下四旋翼无人机高度测量方法，其特征在于，所述方法通过加速计提供的第一高度信息、气压高度计提供的第二高度信息、GPS接收机提供的第三高度信息和北斗接收机提供的第四高度信息，进行联邦级联滤波器构建，完成高度滤波输出，实现高度测量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

S1：利用加速度计的垂向加速度信息进行积分，得到第一高度信息；

S2:利用气压高度计获取第二高度信息、GPS接收机获取第三高度信息、以及北斗接收机获取第四高度信息；

S3:将第一高度信息和第二高度信息都输入到第一子滤波器中，将第一高度信息和第三高度信息输入到第二子滤波器中，将第一高度信息和第四高度信息输入到第三子滤波器中；

S4:将各子滤波器中内容输出到主滤波器中，根据各传感器特点分配各子滤波器权重，构建联邦级联滤波器；

S5:对强风条件下四旋翼无人机高度信息进行滤波估计，输出高度滤波；

S6：通过S5中输出的高度滤波，对各传感器输入进行故障检测。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，S1中所述利用加速度计的垂向加速度信息进行积分具体为通过垂向加速度信息进行高度积分。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，S4中所述各子滤波器的滤波参数由加速度计积分高度输出方差R1、气压高度输出方差R2、GPS接收机输出方差R3、北斗接收机输出方差R4确定，其中第一子滤波器滤波参数Q阵为R1、R阵为R2，第二子滤波器滤波参数Q阵为R1、R阵为R3，第三子滤波器滤波参数Q阵为R1、R阵为R4。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，S1中所述的第一高度信息为具有高频响应特性的高度信息。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，S4中所述根据各传感器特点分配各子滤波器权重，S4中所述根据各传感器特点分配各子滤波器权重，其中第一子滤波器输出为A1，第二滤波器输出为A2，第三滤波器输出为A3，主滤波器输出为A，构建联邦级联滤波器具体为

$A=\frac{R{2}^{-1}}{R{2}^{-1}+R{3}^{-1}+R{4}^{-1}}\·A1+\frac{R{3}^{-1}}{R{2}^{-1}+R{3}^{-1}+R{4}^{-1}}\·A2+\frac{R{4}^{-1}}{R{2}^{-1}+R{3}^{-1}+R{4}^{-1}}\·A3.$

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，S6中所述故障检测方法为若偏差超过阈值则实时隔离故障传感器。