飞行器高度的确定方法、装置和飞行器系统
技术领域
本公开涉及导航技术领域,特别涉及一种飞行器高度的确定方法、飞行器高度的确定装置、飞行器系统和计算机可读存储介质。
背景技术
随着无人机技术的进步,将无人机应用到物流行业越来越广泛,随之而来的安全性问题也越来越突出。因此,为了使得无人机在飞行中更加可靠、安全,多传感器融合技术被应用到了无人机导航、定位中。如何巧妙地搭配多个传感器以发挥各自的优势,是研究的重点。在无人机控制中,位置控制主要关注无人机的高度,因此,对确定高度的要求更加严格。
相关技术主要是利用GPS与气压计配合确定无人机高度。
发明内容
本公开的发明人发现上述相关技术中存在如下问题:GPS有可能测量精度不够,且气压计有可能受地面影响严重,导致高度测量精度低。
鉴于此,本公开提出了一种飞行器高度的确定技术方案,能够提高高度测量精度。
根据本公开的一些实施例,提供了一种飞行器高度的确定方法,包括:通过飞行器上安装的惯性传感器获取所述飞行器的高度的第一测量值;判断所述飞行器上安装的GPS(Global Positioning System,全球定位系统)是否满足GPS可用条件;在满足所述GPS可用条件的情况下,判断所述飞行器上安装的测距仪的是否满足测距仪可用条件;在满足所述测距仪可用条件的情况下,将所述测距仪的高度测量值作为第二测量值;在不满足所述测距仪可用条件的情况下,将所述GPS的高度测量值作为所述第二测量值;将所述第一测量值和所述第二测量值进行数据融合,以确定所述飞行器的高度。
在一些实施例中,在不满足所述GPS可用条件的情况下,将所述飞行器上安装的测距仪的高度测量值、信标的高度测量值或气压计的高度测量值中的一个作为所述第二测量值。
在一些实施例中,在不满足所述GPS可用条件的情况下,判断所述测距仪是否满足所述测距仪可用条件;在满足所述测距仪可用条件的情况下,将所述测距仪的高度测量值作为所述第二测量值;在不满足所述测距仪可用条件的情况下,将所述气压计的高度测量值作为所述第二测量值。
在一些实施例中,在不满足所述GPS可用条件的情况下,判断所述信标是否满足信标可用条件;在满足所述信标可用条件的情况下,将所述信标的高度测量值作为所述第二测量值;在不满足所述信标可用条件的情况下,将所述气压计的高度测量值作为所述第二测量值。
在一些实施例中,在不满足所述GPS可用条件的情况下,判断所述测距仪是否满足所述测距仪可用条件;在满足所述测距仪可用条件的情况下,将所述测距仪的高度测量值作为所述第二测量值;在不满足所述测距仪可用条件的情况下,判断所述信标是否满足信标可用条件;在满足所述信标可用条件的情况下,将所述信标的高度测量值作为所述第二测量值;在不满足所述信标可用条件的情况下,将所述气压计的高度测量值作为所述第二测量值。
在一些实施例中,所述测距仪可用条件包括:所述测距仪的更新时间小于第一阈值;所述飞行器的当前高度小于x倍的所述测距仪的量程,0<x<1;所述飞行器的水平方向速度小于第二阈值。
在一些实施例中,所述GPS可用条件包括:所述GPS的更新时间小于第三阈值;所述GPS已经确定了初始定位点;所述GPS的测量精度满足定位要求。
在一些实施例中,所述信标可用条件包括:所述信标已经确定了初始定位点;所述信标的测量精度满足定位要求。
在一些实施例中,采用非线性滤波算法对所述第一测量值和所述第二测量值进行数据融合。
根据本公开的另一些实施例,提供一种飞行器高度的确定装置,包括:接收器,用于通过飞行器上安装的惯性传感器获取所述飞行器的高度的第一测量值;处理器,用于判断所述飞行器上安装的GPS是否满足GPS可用条件;在满足所述GPS可用条件的情况下,判断所述飞行器上安装的测距仪的是否满足测距仪可用条件;在满足所述测距仪可用条件的情况下,将所述测距仪的高度测量值作为第二测量值;在不满足所述测距仪可用条件的情况下,将所述GPS的高度测量值作为所述第二测量值;将所述第一测量值和所述第二测量值进行数据融合,以确定所述飞行器的高度。
在一些实施例中,在不满足所述GPS可用条件的情况下,所述处理器将所述飞行器上安装的测距仪的高度测量值、信标的高度测量值或气压计的高度测量值中的一个作为所述第二测量值。
在一些实施例中,在不满足所述GPS可用条件的情况下,所述处理器判断所述测距仪是否满足所述测距仪可用条件;在满足所述测距仪可用条件的情况下,将所述测距仪的高度测量值作为所述第二测量值;在不满足所述测距仪可用条件的情况下,将所述气压计的高度测量值作为所述第二测量值。
在一些实施例中,所述处理器,在不满足所述GPS可用条件的情况下,判断所述信标是否满足信标可用条件;在满足所述信标可用条件的情况下,将所述信标的高度测量值作为所述第二测量值;在不满足所述信标可用条件的情况下,将所述气压计的高度测量值作为所述第二测量值。
在一些实施例中,所述处理器,在不满足所述GPS可用条件的情况下,判断所述测距仪是否满足所述测距仪可用条件;在满足所述测距仪可用条件的情况下,将所述测距仪的高度测量值作为所述第二测量值;在不满足所述测距仪可用条件的情况下,判断所述信标是否满足信标可用条件;在满足所述信标可用条件的情况下,将所述信标的高度测量值作为所述第二测量值;在不满足所述信标可用条件的情况下,将所述气压计的高度测量值作为所述第二测量值。
在一些实施例中,所述处理器采用非线性滤波算法对所述第一测量值和所述第二测量值进行数据融合。
根据本公开的又一些实施例,提供一种飞行器高度的确定装置,包括:存储器;和耦接至所述存储器的处理器,所述处理器被配置为基于存储在所述存储器装置中的指令,执行上述任一个实施例中的飞行器高度的确定方法中的一个或多个步骤。
根据本公开的再一些实施例,提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时实现上述任一个实施例中的飞行器高度的确定方法中的一个或多个步骤。
根据本公开的再一些实施例,提供一种飞行器系统,包括:飞行器;安装在所述飞行器上的惯性传感器、GPS、测距仪、信标和气压计;和安装在所述飞行器上的上述任一个实施例中的飞行器高度的确定装置。
在上述实施例中,以惯性传感器的测量值为其中一个融合对象,根据各传感器的不同情况,在多种传感器中选择一个最佳的作为另一个融合对象,并通过数据融合确定飞行器的高度。这样可以根据实际情况调整飞行器高度确定的方案,从而提高高度测量的精度。
附图说明
构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例,并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。
参照附图,根据下面的详细描述,可以更加清楚地理解本公开,其中:
图1示出本公开的飞行器高度的确定方法的一些实施例的流程图;
图2示出步骤130的一些实施例的流程图;
图3示出步骤130的另一些实施例的流程图;
图4示出步骤130的又一些实施例的流程图;
图5示出本公开的飞行器高度的确定装置的一些实施例的框图;
图6示出本公开的飞行器高度的确定装置的另一些实施例的框图;
图7示出本公开的飞行器高度的确定装置的又一些实施例的框图;
图8示出本公开的飞行器系统的一些实施例的框图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到:除非另外具体说明,否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。
同时,应当明白,为了便于描述,附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的,决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论,但在适当情况下,所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中,任何具体值应被解释为仅仅是示例性的,而不是作为限制。因此,示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
图1示出本公开的飞行器高度的确定方法的一些实施例的流程图。
如图1所示,该方法包括:步骤110,获取第一测量值;步骤120,判断是否满足GPS可用条件;步骤140,判断是否满足测距仪可用条件;步骤150,将GPS的测量值作为第二测量值;步骤160,将测距仪的测量值作为第二测量值;和步骤170,确定飞行器的高度。
在步骤110中,通过飞行器上安装的惯性传感器获取飞行器的高度的第一测量值。例如,惯性传感器可以是IMU(Inertial measurement unit,惯性测量单元)。
在步骤120中,判断飞行器上安装的GPS是否满足GPS可用条件。例如,GPS可用条件包括GPS的更新时间小于第三阈值,GPS已经确定了初始定位点,GPS的测量精度满足定位要求。在满足的情况下,执行步骤140。例如,在不满足的情况下,可以执行步骤130;
在一些实施例中,可以设置GPS的更新时间<0.5s,以保证GPS的原始数据丢失的数据较少。还可以通过判断GPS的当前工作状态、用于定位的星数、HDOP(HorizontalDilution of Precision,水平精度因子)、PDOP(Positional Horizontal Dilution ofPrecision,位置精度因子)、水平漂移情况等指标是否正常,在正常的情况下输出标识位,以表明GPS的测量精度满足定位要求。
在步骤130中,将GPS以外的测量值作为第二测量值。例如,可以将飞行器上安装的测距仪的高度测量值、信标的高度测量值或气压计的高度测量值中的一个作为第二测量值。
在步骤140中,判断飞行器上安装的测距仪的是否满足测距仪可用条件。例如,测距仪可用条件包括测距仪的更新时间小于第一阈值,飞行器的当前高度小于x倍的测距仪的量程,0<x<1,飞行器的水平方向速度小于第二阈值。在不满足的情况下,执行步骤150;在满足的情况下,执行步骤160。
在一些实施例中,可以设置测距仪的更新时间<0.5s,以保证测距仪原始输出中丢失的数据较少。还可以设置飞行器的当前高度小于0.7倍的测距仪量程,从而可以在飞行器离地面较低的情况下启用测距仪,以确保测距仪的高测量精度。还可以设置飞行器的水平方向速度<1m/s。
在步骤150中,将GPS的高度测量值作为第二测量值。
在步骤160中,将测距仪的高度测量值作为第二测量值。
这样可以优先选用测量精度较高的测距仪的测量值作为数据融合的对象,从而提高高度测量精度。
在步骤170中,将第一测量值和第二测量值进行数据融合,以确定飞行器的高度。例如,采用非线性滤波算法(如扩展卡尔曼滤波、无迹卡尔曼滤波、粒子滤波等)对第一测量值和第二测量值进行数据融合。
在一些实施例中,步骤130可以通过图2中的步骤实现。
图2示出步骤130的一些实施例的流程图。
如图2所示,步骤130可以包括:步骤2301,获取测距仪的测量值;步骤2302,判断是否满足测距仪可用条件;步骤2303,将测距仪的测量值作为第二测量值;和步骤2304,将气压计的测量值作为第二测量值。
在步骤2301中,获取测距仪的测量值。
在步骤2302中,判断测距仪是否满足测距仪可用条件。在满足的情况下,执行步骤2303;在不满足的情况下,执行步骤2304。
在步骤2303中,将测距仪的高度测量值作为第二测量值。
在步骤2304中,将气压计的高度测量值作为第二测量值。
这样,可以优先采用精度较高的GPS或测距仪作为数据融合的对象,以获取较高的高度确定精度。还可以在GPS和测距仪均不可用的情况下,以气压计作为数据融合对象,从而提高高度确定的稳定性。
尤其是在无人机起飞阶段,气压计受到地面影响误差较大,但此时离地面较近,测距仪的测量精度较高。因此,通过上面的实施例优先采用测距仪进行数据融合以修正关系传感器的累积误差,能够有效地提高测量精度。
在一些实施例中,步骤130还可以通过图3中的步骤实现。
图3示出步骤130的另一些实施例的流程图。
如图3所示,步骤130可以包括:步骤3301,获取信标的测量值;步骤3302,判断是否满足信标可用条件;步骤3303,将信标的测量值作为第二测量值;和步骤3304,将气压计的测量值作为第二测量值。
在步骤3301中,获取信标的测量值。
在步骤3302中,判断信标是否满足信标可用条件。例如,信标可用条件包括信标已经确定了初始定位点,信标的测量精度满足定位要求。还在信标目前的工作状态正常的情况下输出标识位,以表明信标的测量精度满足定位要求。
在满足的情况下,执行步骤3303;在不满足的情况下,执行步骤3304。
在步骤3303中,将信标的高度测量值作为第二测量值。
在步骤3304中,将气压计的高度测量值作为第二测量值。
这样,可以优先采用精度较高的GPS或信标作为数据融合的对象,以获取较高的高度确定精度。还可以在GPS和信标均不可用的情况下,以气压计作为数据融合对象,从而提高高度确定的稳定性。
在一些实施例中,步骤130还可以通过图4中的步骤实现。
图4示出步骤130的又一些实施例的流程图。
如图4所示,步骤430可以包括:步骤4301,获取测距仪和信标的测量值;步骤4302,判断是否满足测距仪可用条件;步骤4303,将测距仪的测量值作为第二测量值;步骤4304,判断是否满足信标可用条件;步骤4305,将信标的测量值作为第二测量值;和步骤4306,将气压计的测量值作为第二测量值。
在步骤4301中,获取测距仪和信标的测量值。
在步骤4302中,判断测距仪是否满足测距仪可用条件。在满足的情况下,执行步骤4303;在不满足的情况下,执行步骤4304。
在步骤4303中,将测距仪的高度测量值作为第二测量值。
在步骤4304中,判断信标是否满足信标可用条件。在满足的情况下,执行步骤4305;在不满足的情况下,执行步骤4306。
在步骤4305中,将信标的高度测量值作为第二测量值。
在步骤4306中,将气压计的高度测量值作为第二测量值。
这样可以按照传感器的固有测量精度,按照测距仪、信标、气压计的优先级选取数据融合的对象,既保证了测量的稳定性又提高了测量精度。
上述实施例中,以惯性传感器的测量值为其中一个融合对象,根据各传感器的不同情况,在多种传感器中选择一个最佳的作为另一个融合对象,并通过数据融合确定飞行器的高度。这样可以根据实际情况调整飞行器高度确定的方案,从而提高高度测量的精度。
图5示出本公开的飞行器高度的确定装置的一些实施例的框图。
如图5所示,飞行器高度的确定装置5包括:接收器51和处理器52。
接收器51,用于通过飞行器上安装的惯性传感器获取所述飞行器的高度的第一测量值。
处理器52,用于判断飞行器上安装的GPS是否满足GPS可用条件。在满足GPS可用条件的情况下,处理器52判断飞行器上安装的测距仪的是否满足测距仪可用条件。在满足测距仪可用条件的情况下,处理器52将测距仪的高度测量值作为第二测量值。在不满足测距仪可用条件的情况下,处理器52将GPS的高度测量值作为第二测量值。在不满足GPS可用条件的情况下,处理器52将飞行器上安装的测距仪的高度测量值、信标的高度测量值或气压计的高度测量值中的一个作为第二测量值。处理器52将第一测量值和第二测量值进行数据融合,以确定飞行器的高度。例如,处理器52采用非线性滤波算法对第一测量值和第二测量值进行数据融合。
在一些实施例中,在不满足GPS可用条件的情况下,处理器52判断测距仪是否满足测距仪可用条件。在满足测距仪可用条件的情况下,处理器52将测距仪的高度测量值作为第二测量值。在不满足测距仪可用条件的情况下,处理器52将气压计的高度测量值作为第二测量值。
在一些实施例中,在不满足GPS可用条件的情况下,处理器52判断信标是否满足信标可用条件。在满足所述信标可用条件的情况下,处理器52将信标的高度测量值作为第二测量值。在不满足信标可用条件的情况下,处理器52将气压计的高度测量值作为第二测量值。
在一些实施例中,在不满足GPS可用条件的情况下,处理器52判断测距仪是否满足测距仪可用条件。在满足测距仪可用条件的情况下,处理器52将测距仪的高度测量值作为第二测量值。在不满足测距仪可用条件的情况下,判断信标是否满足信标可用条件。在满足信标可用条件的情况下,处理器52将信标的高度测量值作为第二测量值。在不满足信标可用条件的情况下,处理器52将气压计的高度测量值作为第二测量值。
在上述实施例中,以惯性传感器的测量值为其中一个融合对象,根据各传感器的不同情况,在多种传感器中选择一个最佳的作为另一个融合对象,并通过数据融合确定飞行器的高度。这样可以根据实际情况调整飞行器高度确定的方案,从而提高高度测量的精度。
图6示出本公开的飞行器高度的确定装置的另一些实施例的框图。
如图6所示,该实施例的飞行器高度的确定装置6包括:存储器61以及耦接至该存储器61的处理器62,处理器62被配置为基于存储在存储器61中的指令,执行本公开中任意一个实施例中的飞行器高度的确定方法中的一个或多个步骤。
其中,存储器61例如可以包括系统存储器、固定非易失性存储介质等。系统存储器例如存储有操作系统、应用程序、引导装载程序(Boot Loader)、数据库以及其他程序等。
图7示出本公开的飞行器高度的确定装置的又一些实施例的框图。
如图7所示,该实施例的飞行器高度的确定装置7包括:存储器710以及耦接至该存储器710的处理器720,处理器720被配置为基于存储在存储器710中的指令,执行前述任意一个实施例中的飞行器高度的确定方法。
存储器710例如可以包括系统存储器、固定非易失性存储介质等。系统存储器例如存储有操作系统、应用程序、引导装载程序(Boot Loader)以及其他程序等。
飞行器高度的确定装置7还可以包括输入输出接口730、网络接口740、存储接口750等。这些接口730、740、750以及存储器710和处理器720之间例如可以通过总线760连接。其中,输入输出接口730为显示器、鼠标、键盘、触摸屏等输入输出设备提供连接接口。网络接口740为各种联网设备提供连接接口。存储接口740为SD卡、U盘等外置存储设备提供连接接口。
图8示出本公开的飞行器系统的一些实施例的框图。
如图8所示,飞行器系统8包括:飞行器81、惯性传感器821、GPS 822、测距仪823、信标824、气压计825和上述任一个实施例中的飞行器高度的确定装置83。
本领域内的技术人员应当明白,本公开的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本公开可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用非瞬时性存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
至此,已经详细描述了根据本公开的飞行器高度的确定方法、飞行器高度的确定装置、飞行器系统和计算机可读存储介质。为了避免遮蔽本公开的构思,没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述,完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。
可能以许多方式来实现本公开的方法和系统。例如,可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本公开的方法和系统。用于所述方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明,本公开的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序,除非以其它方式特别说明。此外,在一些实施例中,还可将本公开实施为记录在记录介质中的程序,这些程序包括用于实现根据本公开的方法的机器可读指令。因而,本公开还覆盖存储用于执行根据本公开的方法的程序的记录介质。
虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明,但是本领域的技术人员应该理解,以上示例仅是为了进行说明,而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解,可在不脱离本公开的范围和精神的情况下,对以上实施例进行修改。本公开的范围由所附权利要求来限定。