CN109405798B - 一种基于gps校正的气压高度测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及传感器优化校正技术领域，提供了一种基于GPS校正的气压高度测量方法，该方法定期采集无人机当前的GPS相对高度值和压强值，利用最小二乘法拟合出压强和相对高度的函数，通过读取压强值得到校正后的当前高度值。本发明还提供了包含上述方法的计算机程序、信息处理终端及计算机可存储介质。本发明方法普遍适用于无人机的高度测量系统，尤其是不方便安装大体积传感器的小型无人机平台，该方法极为有效；该方法对无人机高度测量具有重要的实际意义和有广阔的应用前景，对高度测量新方法的开辟有一定的引导作用。

Description

一种基于GPS校正的气压高度测量方法
技术领域
本发明涉及传感器优化校正技术领域，特别涉及一种基于GPS校正的气压高度测量方法。
背景技术
在无人机的飞行过程中，高度数据的采集十分重要，特别是在起降过程中，高度数据的测量和飞行安全密切相关。目前，小型无人机高度测量的手段主要是气压高度传感器和GPS高度传感器。
气压高度传感器作为一款利用气压变化来测量高度的传感器，在测量的过程中不受障碍物的影响，测量高度范围广，方便移动，可进行绝对海拔高度测量和相对高度测量，但是通过气压及温度来计算高度的误差是相对较大的，特别是在近地面测量，受风、湿度、粉尘颗粒等干扰，测量高度的精度受到很大影响，即便传感器放在同一个水平高度不移动，在早晚不同时间段测出的绝对海拔高度也可能出现较大误差。
GPS高度传感器是利用GPS定位系统测量技术直接测定地面点的大地高，或间接确定地面点的正常高。这种方法测量精度高，但是由于其自身的定位原理使其具有测量数据更新慢、易受障碍物遮挡导致传感器不可用等问题，而且在收星状况不太好时，容易出现高度测量值跳变问题。
目前，气压高度传感器和GPS高度传感器的融合校正主要还是依靠分阶段选择使用不同传感器数据或者采用互补滤波、卡尔曼滤波等方法，虽然这些方法测高效果比较好，但是必须实时获取准确的GPS高度信息以及气压高度信息，因此，研究气压高度传感器与GPS高度传感器融合技术具有很大的现实意义。
发明内容
本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种基于GPS校正的气压高度测量方法，只要读取无人机的即时压强值，就可以得到校正后的当前高度值。
本发明的技术方案如下：
一种基于GPS校正的气压高度测量方法，该方法定期采集无人机当前的GPS相对高度值和压强值，利用最小二乘法拟合出压强和相对高度的函数，通过读取压强值得到校正后的当前高度值。
进一步的，包括如下步骤：
步骤一、定期采集无人机当前的GPS相对高度值和压强值，并将相对高度值和气压值分别存入数组H和数组P；
步骤二、根据数组H和数组P，使用最小二乘法拟合出压强与相对高度的函数F；
步骤三、读取当前压强值，并将其代入函数F中，计算得出当前高度值；
步骤四、在收星状况良好的前提下，重复前三步，不断更新数组H、数组P以及函数F，实时计算当前高度值。
进一步的，步骤二中，拟合函数如下：
Y＝aX+b
Figure GDA0002836663730000021
Figure GDA0002836663730000022
其中：Y为当前压强值的K次方，K为常量，约等于0.006；X为GPS测得的相对高度；a、b为拟合得到的系数，i为数组H、数组P中的第i个数据。
进一步的，具体流程如下：
首先判断GPS定位状态以及收星数，当GPS定位且收星良好时，飞控计算机以20Hz的频率读取当前压强以及GPS相对高度信息，并将该数据分别存入数组P[60]和H[60]，当GPS收星状况不好时，数组P[60]和H[60]清零；
当数组P[60]和H[60]存满之后，飞控计算机根据最小二乘法计算a和b的值，得出压强与高度之间的关系式，并将数组P[60]和H[60]清零，重新进入步骤一开始读取；
飞控计算机以20Hz的频率读取当前压强，并将该压强值代入压强与相对高度的拟合函数中，求取当前高度值。
本发明还提供了：
一种小型无人机平台，采用上述的方法对无人机进行高度测量。
一种无人机高度测量系统，采用上述的方法对无人机进行高度测量。
一种实现上述的基于GPS校正的气压高度测量方法的计算机程序。
一种实现上述的基于GPS校正的气压高度测量方法的信息数据处理终端。
一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述的基于GPS校正的气压高度测量方法。
本发明的有益效果为：通过对GPS相对高度以及当前压强值的拟合，得出二者之间的关系函数，实现对无人机高度数据的融合；该方法无需增加其他辅助设备，仅靠原有的气压高度计以及GPS设备，即可提高了高度数据的准确程度，既可以避免GPS传感器在测量高度时的跳变，也可以减少气压高度计测量时的误差，在成本不变的前提下，有效提高高度测量精度；同时，即使GPS传感器失效，该方法依然可以根据失效前拟合出的关系函数对高度进行高精度测量，使测量系统具有更高的可靠性；该方法普遍适用于无人机的高度测量系统，尤其是不方便安装大体积传感器的小型无人机平台；该方法极为有效，该方法对无人机高度测量具有重要的实际意义和有广阔的应用前景，对高度测量新方法的开辟有一定的引导作用。
附图说明
图1所示为本发明实施例一种基于GPS校正的气压高度测量方法的流程示意图。
具体实施方式
下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。
本发明的测量原理如下：
理想气体状态方程PV＝nRT
上式中：P为理想气体的压强，V为理想气体的体积，n表示气体物质的量，T表示理想气体的热力学温度，R为理想气体常数
将
Figure GDA0002836663730000031
代入上式得
Figure GDA0002836663730000032
式中：m：气体质量；M：气体分子量。
将上式引入气体密度ρ的定义式中可得
Figure GDA0002836663730000033
在流体中，压力随相对高度h的变化率是
Figure GDA0002836663730000034
将ρ代入上式
Figure GDA0002836663730000035
或
Figure GDA0002836663730000036
已知温度与高度的关系式如下T＝T0+αh
式中：T0为地平面温度，α是温度随高度的变化率，在对流层中，α为常量，等于-0.006。
可得
Figure GDA0002836663730000041
上式积分后得
Figure GDA0002836663730000042
令
Figure GDA0002836663730000043
代入上式得
Figure GDA0002836663730000044
式中P1为飞机当前压强值，P0为起飞点压强，T0为起飞点温度，h为飞机相对起飞点高度值，
Figure GDA0002836663730000045
因为R、α、M、g都是常量，因此K为一个常量。
令P1 K＝Y，P0 K＝b，h＝X，
Figure GDA0002836663730000046
即可得到线性方程Y＝aX+b
其中a和b未知，X为GPS测得的相对高度，Y为当前压强值的K次方，这里采用最小二乘法来确定a和b的值。
Figure GDA0002836663730000047
Figure GDA0002836663730000048
通过a和b的值，我们得到当前压强与当前相对高度之间的关系式，只要带入当前压强值，即可得出飞机的相对高度。
如图1所示，高度测量校正的具体流程为：
首先判断GPS定位状态以及收星数，当GPS定位且收星良好时，飞控计算机以20Hz的频率读取当前压强以及GPS相对高度信息，并将该数据分别存入数组P[60]和H[60]，当GPS收星状况不好时，数组P[60]和H[60]清零。
当数组P[60]和H[60]存满之后，飞控计算机根据最小二乘法计算a和b的值，得出压强与高度之间的关系式，并将数组P[60]和H[60]清零，重新开始读取。
飞控计算机以20Hz的频率读取当前压强，并将该压强值代入压强与高度的关系式中，求取当前高度值。
需要说明的是，飞控计算机读取当前压强以及GPS相对高度信息的频率不限于20Hz，数组大小不限于60，完全可以根据实际需要选取恰当的时间间隔与数组大小。
本发明方法普遍适用于无人机的高度测量系统，尤其是不方便安装大体积传感器的小型无人机平台，这种方法极为有效。该方法对无人机高度测量具有重要的实际意义和有广阔的应用前景，对高度测量新方法的开辟有一定的引导作用。
本发明还提供了：
一种小型无人机平台，采用上述的方法对无人机进行高度测量。
一种无人机高度测量系统，采用上述的方法对无人机进行高度测量。
本文虽然已经给出了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。

Claims (6)

1.一种基于GPS校正的气压高度测量方法，其特征在于，该方法定期采集无人机当前的GPS相对高度值和压强值，利用最小二乘法拟合出压强和相对高度的函数，通过读取压强值得到校正后的当前高度值；
所述方法包括如下步骤：
步骤一、定期采集无人机当前的GPS相对高度值和压强值，并将相对高度值和气压值分别存入数组H和数组P；
步骤二、根据数组H和数组P，使用最小二乘法拟合出压强与相对高度的函数F；
步骤三、读取当前压强值，并将其代入函数F中，计算得出当前高度值；
步骤四、在收星状况良好的前提下，重复前三步，不断更新数组H、数组P以及函数F，实时计算当前高度值
步骤二中，拟合函数如下：
Y＝aX+b
Figure FDA0002836663720000011
Figure FDA0002836663720000012
其中：Y为当前压强值的K次方，K为常量；X为GPS测得的相对高度；a、b为拟合得到的系数。
2.如权利要求1所述的基于GPS校正的气压高度测量方法，其特征在于，具体流程如下：
首先判断GPS定位状态以及收星数，当GPS定位且收星良好时，飞控计算机以20Hz的频率读取当前压强以及GPS相对高度信息，并将该数据分别存入数组P[60]和H[60]，当GPS收星状况不好时，数组P[60]和H[60]清零；
当数组P[60]和H[60]存满之后，飞控计算机根据最小二乘法计算a和b的值，得出压强与高度之间的关系式，并将数组P[60]和H[60]清零，重新进入步骤一开始读取；
飞控计算机以20Hz的频率读取当前压强，并将该压强值代入压强与相对高度的拟合函数中，求取当前高度值。
3.一种小型无人机平台，采用如权利要求1或2所述的方法对无人机进行高度测量。
4.一种无人机高度测量系统，采用如权利要求1或2所述的方法对无人机进行高度测量。
5.一种实现如权利要求1或2所述的基于GPS校正的气压高度测量方法的信息数据处理终端。
6.一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1或2所述的基于GPS校正的气压高度测量方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110667847B (zh) * 2019-10-17 2020-08-18 安徽省徽腾智能交通科技有限公司泗县分公司 无人机智能化飞行高度控制平台
CN110954138B (zh) * 2019-12-20 2021-05-04 湖南智航联测科技有限公司 一种基于便携式检测设备的气压高度计检测方法
CN111811472B (zh) * 2020-07-01 2022-03-29 亿航智能设备（广州）有限公司 一种气压计高度动态补偿方法、装置、计算机存储介质
CN112763138A (zh) * 2020-12-24 2021-05-07 中国飞行试验研究院 一种飞越塔静压校准方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102620716A (zh) * 2012-03-12 2012-08-01 无锡泽太微电子有限公司 高度测量方法、三维定位方法、高度测量设备及移动终端
CN104407355A (zh) * 2014-11-21 2015-03-11 广西大学 四轴航拍飞行器丢失找回装置
CN106225769A (zh) * 2016-09-30 2016-12-14 深圳市富微科创电子有限公司 一种飞行器定高方法和系统
CN106840093A (zh) * 2017-02-06 2017-06-13 北京京东尚科信息技术有限公司 一种无人机飞行高度的检测方法、装置及无人机
CN106989719A (zh) * 2017-04-01 2017-07-28 北京京东尚科信息技术有限公司 一种物流无人机高度的确定方法、装置及无人机
CN107438751A (zh) * 2016-09-27 2017-12-05 深圳市大疆创新科技有限公司 用于检测飞行高度的方法、装置及无人机

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102620716A (zh) * 2012-03-12 2012-08-01 无锡泽太微电子有限公司 高度测量方法、三维定位方法、高度测量设备及移动终端
CN104407355A (zh) * 2014-11-21 2015-03-11 广西大学 四轴航拍飞行器丢失找回装置
CN107438751A (zh) * 2016-09-27 2017-12-05 深圳市大疆创新科技有限公司 用于检测飞行高度的方法、装置及无人机
CN106225769A (zh) * 2016-09-30 2016-12-14 深圳市富微科创电子有限公司 一种飞行器定高方法和系统
CN106840093A (zh) * 2017-02-06 2017-06-13 北京京东尚科信息技术有限公司 一种无人机飞行高度的检测方法、装置及无人机
CN106989719A (zh) * 2017-04-01 2017-07-28 北京京东尚科信息技术有限公司 一种物流无人机高度的确定方法、装置及无人机

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