CN111216921A - 一种无人机仿地飞行的测试系统及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机仿地飞行的测试系统及其测试方法，包括无人机，安装在无人机上的姿态传感器，安装在无人机控制器上的测绘定位系统、位置和姿态测试系统，还包括仿飞测试平台。本发明通过无人机结合姿态传感器、测试平台，通过室内定位测试或者室外定位测试的方法，可以精确得出无人机与地面间的相对距离，实现无人机地形的跟随保持。在室内定位测试方法中，测试平台上采用测距仪和陀螺仪来测试无人机不同点的位置高度，得到无人机距离测试平台的高度和俯仰角，判断无人机测绘的山坡断面波形图的高度和俯仰角变化与平台测试结果的高度和俯仰角变化一致性，得到高度的最大误差和倾角的最大误差，进行仿飞评价，其精度高、抗干扰、高可靠。

Description

一种无人机仿地飞行的测试系统及其测试方法

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种无人机仿地飞行的测试系统及其测试方法。

背景技术

现今无人机在高度保持的控制方法上，主要依赖气压传感器。无人机利用气压传感器测得的飞行高度，通过主控芯片处理，并经由多级PID反馈控制器传递，最终实现无人机的高度保持。但是单纯依赖气压计的定高策略不能够测得无人机与地面间的相对距离，以至无法实现地形的跟随保持。另一方面，为了弥补气压计在距离测量上的缺陷，一些研究机构和公司在无人机气压定高的基础上安装了特定的距离测量传感器，这些测距传感器利用不同的测距原理来测量无人机的对地距离，以实现地形跟随的功能，但是测量效果也不是很精确。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种无人机仿地飞行的测试系统及其测试方法，以解决现有技术的不足。

为实现上述目的，本发明提供了一种无人机仿地飞行的测试系统，包括无人机，安装在无人机上的姿态传感器，安装在无人机控制器上的测绘定位系统、位置和姿态测试系统，还包括仿飞测试平台，其中：

测绘定位系统，用于测量出山坡的几个具体断面波形；

位置和姿态测试系统，用于实时记录无人机飞行曲线；

姿态传感器，用于检测无人机仿行过程中飞行的俯仰角、侧翻角和高度；

仿飞测试平台，包括控制器、折叠支架、电动推杆、测试平台和测试元件，其中控制器与测试元件、电动推杆电气连接，其中：

测试元件用来测试无人机不同点的位置高度，得到无人机距离测试平台的高度和俯仰角；

控制器，用于通过控制电动推杆，进而驱动测试平台的高度位移和转角运动，并通过测试元件得出测试曲线。

上述的一种无人机仿地飞行的测试系统，所述仿飞测试平台包括控制器、底座、第一电动推杆、第二电动推杆、折叠支架、测试平台、测试元件，所述底座内安装控制器，所述测试元件与控制器输入端连接，所述控制器输出端电气连接第一电动推杆、第二电动推杆，所述底座上安装折叠支架，所述底座与折叠支架之间安装第一电动推杆，所述折叠支架上安装测试平台，所述折叠支架与测试平台之间安装第二电动推杆，所述测试平台上安装阵列式排布的多个测试元件。

上述的一种无人机仿地飞行的测试系统，所述控制器内设置用于与无人机无线数据通信的无线通信模块。

上述的一种无人机仿地飞行的测试系统，所述无线通信模块为GPRS、蓝牙、WIFI模块任意一种。

上述的一种无人机仿地飞行的测试系统，所述测试元件为测距仪和陀螺仪。

一种无人机仿地飞行的测试方法，包括室外测试方法或者室内测试方法，其中：

室外测试方法包括：

11)选择一个具有一定坡度的小山坡，将测绘定位系统安装在无人机控制器上，先测量出山坡的几个具体断面波形；

12)被测无人机安装位置和姿态测试系统，实时记录其飞行曲线；

13)用仿行分析软件分析无人机飞行误差，根据无人机上的姿态传感器采集的数据分析无人机仿行过程中飞机飞行的俯仰角、侧翻角和高度变化；

室内测试方法包括：

21)无人机控制器上的测绘定位系统先测量出山坡的几个具体断面波形图；

22)将无人机悬停在仿飞测试平台的上空，无人机无线发送控制指令到仿飞测试平台控制器系统，控制器系统按断面波形图的曲面变化控制测试平台的上下移动和前后俯仰；

23)当测试平台上下移动时，测试平台上分布的测试元件测试无人机与测试平台的距离变化和无人机俯仰角度变化；

24)编写专用的分析软件，将断面波形图和步骤23)的测试结果进行比较，判断断面波形图的高度和俯仰角变化与测试结果的高度和俯仰角变化一致性，得到高度的最大误差和倾角的最大误差。

上述的一种无人机仿地飞行的测试系统及其测试方法，所述步骤22)将断面波形图的某一断面的截面曲线以cm为单位分为N个小断，得出每一段的高度和倾斜角，用这些数据控制升降台的位移和转角。

本发明的有益效果是：

本发明通过无人机结合姿态传感器、以及自制测试平台，通过室内定位测试或者室外定位测试的方法，可以精确得出无人机与地面间的相对距离，实现无人机地形的跟随保持。在室内定位测试方法中，测试平台上采用测距仪和陀螺仪来测试无人机不同点的位置高度，得到无人机距离测试平台的高度和俯仰角，判断无人机测绘的山坡断面波形图的高度和俯仰角变化与平台测试结果的高度和俯仰角变化一致性，得到高度的最大误差和倾角的最大误差，进行仿飞评价，其精度高、抗干扰、高可靠。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的室外定位测试方法流程图。

图2是本发明的室内定位测试方法流程图。

图3是本发明的仿飞测试平台结构示意图。

图4是本发明的仿飞测试平台原理图。

具体实施方式

本发明提供一种无人机仿地飞行的测试系统，包括无人机，安装在无人机上的姿态传感器，安装在无人机控制器上的测绘定位系统、位置和姿态测试系统，还包括仿飞测试平台，其中：

测绘定位系统，用于测量出山坡的几个具体断面波形；

位置和姿态测试系统，用于实时记录无人机飞行曲线；

姿态传感器，用于检测无人机仿行过程中飞行的俯仰角、侧翻角和高度；

仿飞测试平台，包括控制器、折叠支架、电动推杆、测试平台和测试元件，其中控制器与测试元件、电动推杆电气连接，其中：

测试元件用来测试无人机不同点的位置高度，得到无人机距离测试平台的高度和俯仰角；

控制器，用于通过控制电动推杆，进而驱动测试平台的高度位移和转角运动，并通过测试元件得出测试曲线。

如图3所示，仿飞测试平台包括控制器1、底座2、第一电动推杆3、第二电动推杆4、折叠支架5、测试平台6、测试元件7，底座2内安装控制器1，测试元件7与控制器1输入端连接，控制器1输出端电气连接第一电动推杆3、第二电动推杆4，底座2上安装折叠支架5，底座2与折叠支架5之间安装第一电动推杆3，折叠支架5上安装测试平台6，折叠支架5与测试平台6之间安装第二电动推杆4，测试平台6上安装阵列式排布的多个测试元件7。

控制器1内设置用于与无人机无线数据通信的无线通信模块，无线通信模块为GPRS、蓝牙、WIFI模块任意一种。

测试元件7为测距仪和陀螺仪，分别用于测试无人机相对于测试平台6的位移变化和角度变化。

如图1、2所示，本发明还提供一种无人机仿地飞行的测试方法，包括室外测试方法或者室内测试方法，其中：

室外测试方法包括：

11)选择一个具有一定坡度的小山坡，将测绘定位系统安装在无人机控制器上，先测量出山坡的几个具体断面波形；

12)被测无人机安装位置和姿态测试系统，实时记录其飞行曲线；

13)用仿行分析软件分析无人机飞行误差，根据无人机上的姿态传感器采集的数据分析无人机仿行过程中飞机飞行的俯仰角、侧翻角和高度变化；

室内测试方法包括：

21)无人机控制器上的测绘定位系统先测量出山坡的几个具体断面波形图；

22)将无人机悬停在仿飞测试平台的上空，无人机无线发送控制指令到仿飞测试平台控制器系统，控制器系统按断面波形图的曲面变化控制测试平台的上下移动和前后俯仰；

23)当测试平台上下移动时，测试平台上分布的测试元件测试无人机与测试平台的距离变化和无人机俯仰角度变化；

24)编写专用的分析软件，将断面波形图和步骤23)的测试结果进行比较，判断断面波形图的高度和俯仰角变化与测试结果的高度和俯仰角变化一致性，得到高度的最大误差和倾角的最大误差。

步骤22)将断面波形图的某一断面的截面曲线以cm为单位分为N个小断，得出每一段的高度和倾斜角，用这些数据控制升降台的位移和转角。

结合图4，可知图3所示的仿飞测试平台原理是：无人机控制器上的测绘定位系统先测量出山坡的几个具体断面波形图，无人机悬停在仿飞测试平台6的上空，无人机根据断面波形图无线发送控制指令到仿飞测试平台的控制器1上，控制器1上的无线通信模块与无人机无线通信实现控制指令的传输。

控制器1收到控制指令后，在某一时刻t1,一方面输出高度变化控制指令值X1，控制第一电动推杆3动作，第一电动推杆3进而驱动折叠支架5做折叠与拉伸的动作，实现仿飞测试平台高度变化，以模拟山坡的高度变化；另一方面输出角度变化控制指令值θ1控制第二电动推杆4动作，第二电动推杆4驱动测试平台6翻转，实现仿飞测试平台角度变化，以模拟山坡陡角变化。当仿飞测试平台上下移动和翻转时，测试平台上分布的测距仪、陀螺仪结合无人机在t 1时刻的实时位置，可以测出t1时刻测试平台6的实际运动高度变化值X2和角度变化值θ2并发送到控制器1。这样控制器1就可以比较t1时刻仿飞测试平台高度变化控制指令值X1和实际运动高度变化值X2的误差，以及角度变化控制指令值θ1和实际运动角度变化值θ2的误差。如果按照上述原理，就可测试时刻t1到时刻tn这一时间段的测试平台高度角度控制数据变化值和实际运动高度角度变化值的误差，总体的数据连接在时间坐标轴上就是两组曲线。其中，测试平台高度角度控制数据变化值曲线对应无人机控制器上的测绘定位系统先测量出山坡的几个具体断面波形图。这样，就实现了控制器上的分析软件将无人机绘制的断面波形图和测试平台实际运动测试结果进行比较，判断断面波形图的高度和俯仰角变化与测试结果的高度和俯仰角变化一致性，得到高度的最大误差和倾角的最大误差，做出仿飞性能评价，曲线一致性越好说明仿飞效果越好。

本发明通过无人机结合姿态传感器、以及自制测试平台，通过室内定位测试或者室外定位测试的方法，可以精确得出无人机与地面间的相对距离，实现无人机地形的跟随保持。在室内定位测试方法中，测试平台上采用测距仪和陀螺仪来测试无人机不同点的位置高度，得到无人机距离测试平台的高度和俯仰角，判断无人机测绘的山坡断面波形图的高度和俯仰角变化与平台测试结果的高度和俯仰角变化一致性，得到高度的最大误差和倾角的最大误差，进行仿飞评价，其精度高、抗干扰、高可靠。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种无人机仿地飞行的测试系统，其特征在于：包括无人机，安装在无人机上的姿态传感器，安装在无人机控制器上的测绘定位系统、位置和姿态测试系统，还包括仿飞测试平台，其中：

测绘定位系统，用于测量出山坡的几个具体断面波形；

位置和姿态测试系统，用于实时记录无人机飞行曲线；

姿态传感器，用于检测无人机仿行过程中飞行的俯仰角、侧翻角和高度；

仿飞测试平台，包括控制器、折叠支架、电动推杆、测试平台和测试元件，其中控制器与测试元件、电动推杆电气连接，其中：

测试元件用来测试无人机不同点的位置高度，得到无人机距离测试平台的高度和俯仰角；

控制器，用于通过控制电动推杆，进而驱动测试平台的高度位移和转角运动，并通过测试元件得出测试曲线。

2.如权利要求1所述的一种无人机仿地飞行的测试系统，其特征在于：所述仿飞测试平台包括控制器(1)、底座(2)、第一电动推杆(3)、第二电动推杆(4)、折叠支架(5)、测试平台(6)、测试元件(7)，所述底座(2)内安装控制器(1)，所述测试元件(7)与控制器(1)输入端连接，所述控制器(1)输出端电气连接第一电动推杆(3)、第二电动推杆(4)，所述底座(2)上安装折叠支架(5)，所述底座(2)与折叠支架(5)之间安装第一电动推杆(3)，所述折叠支架(5)上安装测试平台(6)，所述折叠支架(5)与测试平台(6)之间安装第二电动推杆(4)，所述测试平台(6)上安装阵列式排布的多个测试元件(7)。

3.如权利要求2所述的一种无人机仿地飞行的测试系统，其特征在于：所述控制器(1)内设置用于与无人机无线数据通信的无线通信模块。

4.如权利要求3所述的一种无人机仿地飞行的测试系统，其特征在于：所述无线通信模块为GPRS、蓝牙、WIFI模块任意一种。

5.如权利要求2所述的一种无人机仿地飞行的测试系统，其特征在于：所述测试元件(7)为测距仪和陀螺仪。

6.一种无人机仿地飞行的测试方法，其特征在于，包括室外测试方法或者室内测试方法，其中：

室外测试方法包括：

11)选择一个具有一定坡度的小山坡，将测绘定位系统安装在无人机控制器上，先测量出山坡的几个具体断面波形；

12)被测无人机安装位置和姿态测试系统，实时记录其飞行曲线；

13)用仿行分析软件分析无人机飞行误差，根据无人机上的姿态传感器采集的数据分析无人机仿行过程中飞机飞行的俯仰角、侧翻角和高度变化；

室内测试方法包括：

21)无人机控制器上的测绘定位系统先测量出山坡的几个具体断面波形图；

22)将无人机悬停在仿飞测试平台的上空，无人机无线发送控制指令到仿飞测试平台控制器系统，控制器系统按断面波形图的曲面变化控制测试平台的上下移动和前后俯仰；

23)当测试平台上下移动时，测试平台上分布的测试元件测试无人机与测试平台的距离变化和无人机俯仰角度变化；

24)编写专用的分析软件，将断面波形图和步骤23)的测试结果进行比较，判断断面波形图的高度和俯仰角变化与测试结果的高度和俯仰角变化一致性，得到高度的最大误差和倾角的最大误差。

7.如权利要求6所述的一种无人机仿地飞行的测试系统及其测试方法，其特征在于：所述步骤22)将断面波形图的某一断面的截面曲线以cm为单位分为N个小断，得出每一段的高度和倾斜角，用这些数据控制升降台的位移和转角。

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