CN114313303B - 一种无人机飞行性能的检测设备、系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无人机飞行性能的检测设备、系统及检测方法，包括：外置GPS天线，设置于无人机的上方，用于获取第一飞行数据；机载检测装置，设置于无人机的底部且位于无人机质心位置的下方，用于获取第二飞行数据以及接收外置GPS天线提供的第一飞行数据以及对第一飞行数据以及第二飞行数据进行解算融合以获得飞行数据；地面分析装置，用于接收机载检测装置反馈的飞行数据并进行检测分析；数据传输天线，用于向地面分析装置提供飞行数据；通过将机载检测装置安装于无人机质心位置的正下方，以机载检测装置测量的飞行数据作为标准，采用比较法比较无人机飞行数据与指标数据之间的差值可作为评价无人机飞行性能的依据。

Description

一种无人机飞行性能的检测设备、系统及检测方法

技术领域

本发明涉及无人机领域，具体涉及一种无人机飞行性能的检测设备、系统及检测方法。

背景技术

近年来，无人机在军事作战、电力巡检、环境监测、地理测绘、警用侦查、林业防护、物流投递等领域得到了十分广泛的应用。我国从事无人机行业的单位众多，形成了配套齐全的研发、制造、销售和服务体系。目前在研和在用的无人机型多达上百种，小型工业和民用产业无人机技术逐步成熟。

当前无人机行业还存在诸多问题，其中较为突出的是检测设备不够专业，给无人机行业发展带来了不利影响。由于目前无人机检测装置的重量和体积较大，严重地影响了无人机的载荷，检测安装时容易偏离中心，影响无人机的平衡性能，降低了检测过程中的有效飞行时间、飞行航程等技术指标，因此测得的数据不宜作为评价无人机飞行性能的依据。对工业级无人机的市场推广及其关键的招投标资质认证环节带来了负面影响，制约了整个产业的发展。

发明内容

鉴于上述无人机的检测设备体积大、重量大导致无人机性能受影响，测量数据不够准确的问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种无人机飞行性能的检测设备、系统及检测方法。

依据本发明的一个方面，提供一种无人机飞行性能的检测设备，包括：

外置GPS天线，设置于无人机的上方，用于获取第一飞行数据；所述第一飞行数据至少包括以下之一：位置数据、高度数据、地速数据以及三轴磁场强度数据；

机载检测装置，设置于无人机的底部且位于所述无人机质心位置的下方，用于获取第二飞行数据以及接收所述外置GPS天线提供的所述第一飞行数据；所述第二飞行数据至少包括以下之一：三轴角速率、三轴加速度以及海拔高度；

所述机载检测装置还用于对第一飞行数据以及第二飞行数据进行解算融合以获得飞行数据；所述飞行数据至少包括以下之一：飞行轨迹、飞行高度以及飞行姿态；

地面分析装置，用于接收所述机载检测装置反馈的飞行数据并对所述飞行数据进行检测分析；

数据传输天线，电性连接所述机载检测装置并与所述地面分析装置无线通信，以向所述地面分析装置提供飞行数据；

其中，所述机载检测装置包括：中央处理器以及基于MEMS一体化集成的第一惯性测量单元、GPS接收模块以及气压高度计；所述GPS接收模块接收所述外置GPS天线发送的第一飞行数据，所述第一惯性测量单元用于采集无人机的三轴角速率及三轴加速度，所述气压高度计用于采集无人机的海拔高度，所述中央处理器用于对所述第一飞行数据以及第二飞行数据进行解算融合。

优选的，所述外置GPS天线包括：差分GPS以及第一三轴磁场计，所述差分GPS用于采集无人机的位置数据、高度数据以及地速数据，所述第一三轴磁场计用于采集无人机的三轴磁场强度数据。

优选的，所述机载检测装置还包括：第二惯性测量单元和/或第二三轴磁场计，所述第二惯性测量单元和/或第二三轴磁场计基于MEMS一体化集成于所述机载检测装置内；

所述第二惯性测量单元用于当所述第一惯性测量单元故障时采集所述第二飞行数据；

所述第二三轴磁场计用于当所述第一三轴磁场计故障时采集所述三轴磁场强度数据。

优选的，所述第一惯性测量单元包括：第一三轴陀螺仪以及第一三轴加速度计；

所述第二惯性测量单元包括：第二三轴陀螺仪以及第二三轴加速度计。

优选的，所述机载检测装置通过超轻黏土以及柔性胶带固定于无人机的底部，所述外置GPS天线通过柔性胶带粘贴于无人机的上方。

依据本发明的另一个方面，提供一种无人机飞行性能的检测系统，包括：

安装平台、水平仪以及如上所述的无人机飞行性能的检测设备，其中，机载检测装置在设置于无人机底部之前放置于所述安装平台上，并通过所述水平仪对所述机载检测装置进行调平处理；

所述水平仪还用于在所述无人机放置于所述机载检测装置上方之后对所述无人机进行调平处理。

依据本发明的又一个方面，提供一种无人机飞行性能的检测方法，包括：

外置GPS天线获取无人机的第一飞行数据；所述第一飞行数据至少包括如下之一：位置数据、高度数据、地速数据以及三轴磁场强度数据；

机载检测装置获取无人机的第二飞行数据并接收所述外置GPS天线发送的第一飞行数据；所述第二飞行数据至少包括如下之一：三轴角速率、三轴加速度以及海拔高度；

对所述第一飞行数据以及第二飞行数据进行解算融合后获得飞行数据；所述飞行数据至少包括如下之一：飞行轨迹、飞行高度以及飞行姿态；

地面分析装置接收所述机载检测装置提供的飞行数据并对所述飞行数据进行检测分析；

其中，所述机载检测装置包括基于MEMS一体化集成的第一惯性测量单元、GPS接收模块以及气压高度计，所述第一惯性测量单元用于采集无人机的三轴角速率及三轴加速度，所述气压高度计用于采集无人机的海拔高度，所述GPS接收模块用于接收外置GPS天线发送的所述第一飞行数据；

所述外置GPS天线包括：差分GPS以及第一三轴磁场计，所述差分GPS用于采集无人机的位置数据、高度数据以及地速数据，所述第一三轴磁场计用于采集无人机的三轴磁场强度数据。

优选的，所述方法还包括：

将获得的海拔高度进行扩展卡尔曼滤波修正以得到海拔数据；

将获得的第一飞行数据以及第二飞行数据分别进行扩展卡尔曼滤波修正；

将经过扩展卡尔曼滤波修正的所述三轴角速率及三轴加速度通过四元数矩阵变换后进行积分以获得欧拉角，并通过所述欧拉角获得所述飞行姿态；

将所述欧拉角与经过扩展卡尔曼滤波修正后的三轴磁场强度数据进行融合解算以获得磁航向；

将经过扩展卡尔曼滤波修正后的地速信息和三轴加速度与欧拉角以及磁航向做混合滤波以获得修正地速；

将经过扩展卡尔曼滤波修正后的位置数据及海拔数据使用修正地速以及欧拉角作修正以得到最终位置数据，并通过所述最终位置数据获得所述飞行轨迹。

优选的，所述方法还包括：

当所述第一惯性测量单元故障时，通过第二惯性测量单元采集所述第二飞行数据；

当所述第一三轴磁场计故障时，通过第二三轴磁场计采集所述三轴磁场强度数据；

所述第二惯性测量单元以及第二三轴磁场计均基于MEMS集成于所述机载检测装置内。

优选的，对无人机飞行性能进行检测前，所述方法还包括：

将机载检测装置放置于安装平台上并通过水平仪对所述机载检测装置进行调平处理；

获得无人机的质心位置；

将所述无人机的底面放置于所述机载检测装置上方，使得所述机载检测装置位于所述无人机质心位置的下方；

通过所述水平仪对所述无人机进行调平处理。

上述无人机飞行性能的检测设备、系统和检测方法通过将机载检测装置安装于无人机质心位置的正下方，以机载检测装置测量的飞行数据作为标准，采用比较法比较无人机飞行数据与指标数据之间的差值可作为评价无人机飞行性能的依据。通过飞行轨迹、飞行高度以及飞行姿态来间接检测无人机的飞行轨迹控制精度、飞行姿态平稳度、实用升限、实际使用高度、最大续航时间、有效测控距离、飞行爬升能力、起降抗风能力、飞行抗风能力和最大平飞速度等。同时，基于MEMS的高度集成化的结构优化设计使机载检测装置重量和体积最小化，适用于小型无人机飞行性能检测，可灵活搭载安装在待测无人机机体上，在无人机飞行过程中，高精度、高采样率的采集记录各类飞行性能，为待测无人机飞行性能的精准评估提供原始数据且不影响无人机飞行品质的目的。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所述的无人机飞行性能的检测设备结构示意图；

图2为本发明实施例根据第一飞行数据以及第二飞行数据获得飞行数据的具体求解过程示意图；

图3为本发明实施例提供一种无人机飞行性能的检测方法流程示意图。

【附图标记说明】

101、外置GPS天线；

102、机载检测装置；

1021、中央处理器；

1022、第一惯性测量单元；

1023、GPS接收模块；

1024、气压高度计；

103、地面分析装置；

104、数据传输天线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种无人机飞行性能的检测设备，如图1所示，包括：

外置GPS天线101，设置于无人机的上方，用于获取第一飞行数据；所述第一飞行数据至少包括以下之一：位置数据、高度数据、地速数据以及三轴磁场强度数据；

机载检测装置102，设置于无人机的底部且位于所述无人机质心位置的下方，用于获取第二飞行数据以及接收所述外置GPS天线提供的所述第一飞行数据；所述第二飞行数据至少包括以下之一：三轴角速率、三轴加速度以及海拔高度；

所述机载检测装置102还用于对第一飞行数据以及第二飞行数据进行解算融合以获得飞行数据；所述飞行数据至少包括以下之一：飞行轨迹、飞行高度以及飞行姿态；

地面分析装置103，用于接收所述机载检测装置反馈的飞行数据并对所述飞行数据进行检测分析；

数据传输天线104，电性连接所述机载检测装置并与所述地面分析装置无线通信，以向所述地面分析装置提供飞行数据；

其中，所述机载检测装置102包括：中央处理器1021以及基于MEMS一体化集成的第一惯性测量单元1022、GPS接收模块1023以及气压高度计1024；所述GPS接收模块1023接收所述外置GPS天线101发送的第一飞行数据，所述第一惯性测量单元1022用于采集无人机的三轴角速率及三轴加速度，所述气压高度计1024用于采集无人机的海拔高度，所述中央处理器1021用于对所述第一飞行数据以及第二飞行数据进行解算融合。

本发明实施例所述的无人机飞行性能的检测设备通过将机载检测装置安装于无人机质心位置的正下方，以机载检测装置测量的飞行数据作为标准，采用比较法比较无人机飞行数据与指标数据之间的差值可作为评价无人机飞行性能的依据。通过飞行轨迹、飞行高度以及飞行姿态来间接检测无人机的飞行轨迹控制精度、飞行姿态平稳度、实用升限、实际使用高度、最大续航时间、有效测控距离、飞行爬升能力、起降抗风能力、飞行抗风能力和最大平飞速度等。同时，基于MEMS的高度集成化的结构优化设计使机载检测装置重量和体积最小化，适用于小型无人机飞行性能检测，可灵活搭载安装在待测无人机机体上，在无人机飞行过程中，高精度、高采样率的采集记录各类飞行性能，为待测无人机飞行性能的精准评估提供原始数据且不影响无人机飞行品质的目的。

具体的，机载检测装置设置于无人机的底部且位于所述无人机质心位置的下方，即其位于无人机的质心位置的正下方以保证无人机在飞行过程中不会因为搭载所述机载检测装置而改变其原有的质心位置。机载检测装置包括：基于MEMS集成的第一惯性测量单元、GPS接收模块以及气压高度计，所述GPS接收模块接收所述外置GPS天线发送的第一飞行数据用于在机载检测装置进行解算融合计算，所述第一惯性测量单元用于采集无人机的三轴角速率及三轴加速度，所述气压高度计用于采集无人机的海拔高度，所述中央处理器用于对所述第一飞行数据以及第二飞行数据进行解算融合。所述机载检测装置内部还设有温度传感器用于监控检测装置的温度并进行气压修正。

具体的实施例中，采集到的所有第一飞行数据和第二飞行数据需经过扩展卡尔曼滤波修正后进行解算融合。由于所述检测设备搭载在无人机上，在无人机的飞行过程中会出现转向、振动、电磁干扰都会影响数据检测的准确性，因此通过数据解算融合算法对原始数据自动分析和有效筛选，降低各种影响因素引入的误差，最终获得可靠的飞行数据。

较佳的实施例中，所述地面分析装置主要是以专业化的飞行数据智能分析软件，运行于具有良好环境适应性的三防笔记本中，从而实现对飞行数据的智能分析、异常监控，并根据业务要求，自动生成测试报告。

数据传输天线的一端与机载检测装置电连接，另一端自然下垂用以与地面分析装置进行数据传输。

较佳的实施例中，所述检测设备还包括大容量的机载存储模块，所述飞行数据可以先以特定数据格式实时记录在所述机载存储模块中，且根据检测需要选取部分或全部数据，通过数据传输天线以空地数字通信链路发送到地面分析装置，以实现对飞行过程的实时监控。所述机载存储模块的重量不大于200g，体积不大于110mm×70mm×60mm。

本发明一具体的实施例所述的一种无人机飞行性能的检测设备，较佳的，所述外置GPS天线包括：差分GPS以及第一三轴磁场计，所述差分GPS用于采集无人机的位置数据、高度数据以及地速数据，所述第一三轴磁场计用于采集无人机的三轴磁场强度数据。具体而言，差分GPS以及第一三轴磁场计组合成为一个整体安装在所述无人机的上方，便于接收卫星信号以及测量三轴磁场强度。

本发明一具体的实施例所述的一种无人机飞行性能的检测设备，较佳的，所述机载检测装置还包括：第二惯性测量单元和/或第二三轴磁场计，所述第二惯性测量单元和/或第二三轴磁场计基于MEMS一体化集成于所述机载检测装置内；

所述第二惯性测量单元用于当所述第一惯性测量单元故障时采集所述第二飞行数据；

所述第二三轴磁场计用于当所述第一三轴磁场计故障时采集所述三轴磁场强度数据。

具体的实施例中，当第一惯性测量单元故障或第一三轴磁场计故障时，为隔离故障，防止故障的第一惯性测量单元故障或第一三轴磁场影响正常的数据采集和设备检测分析，所述检测设备中在机载检测装置内仍基于MEMS一体化集成第二惯性测量单元和/或第二三轴磁场计，即该第二惯性测量单元和/或第二三轴磁场计与第一惯性测量单元、GPS接收模块以及气压高度计一体化集成。其中，相对于外置的第一三轴磁场计，所述第二三轴磁场计位为内置的三轴磁场计。而第二惯性测量单元和第一惯性测量单元一样均内置于机载检测装置内。

较佳的实施例中，第二惯性测量单元与第一惯性测量单元同步采集数据，所述第二三轴磁场计与第一三轴磁场计同步采集数据。正常情况下，当所述第一惯性测量单元正常时，使用第一惯性测量单元采集的数据进行后续数据结算；若其发生故障或损坏，则所述设备会自动调用第二惯性测量单元采集的数据以实现数据采集的无缝对接。而由于内置的第二三轴磁场计容易受到干扰，因此当第一三轴磁场计正常工作的情况下仍然优选第一三轴磁场计采集的数据，只有当期故障或者损坏时，以第二三轴磁场计采集的数据作为备份数据以确保检测过程中装置的可靠性。

本发明一具体的实施例所述的一种无人机飞行性能的检测设备，较佳的，所述第一惯性测量单元包括：第一三轴陀螺仪以及第一三轴加速度计；其中，第一三轴陀螺仪用以采集无人机的三轴角速率，第一三轴加速度计用以采集无人机的三轴加速度；

所述第二惯性测量单元包括：第二三轴陀螺仪以及第二三轴加速度计，所述第二三轴陀螺仪以及第二三轴加速度计分别与第一三轴陀螺仪以及第一三轴加速度计一样用于分别采集三轴角速率以及三轴加速度。

本发明一具体的实施例所述的一种无人机飞行性能的检测设备，较佳的，所述机载检测装置通过超轻黏土以及柔性胶带固定于无人机的底部，所述外置GPS天线通过柔性胶带粘贴于无人机的上方。具体而言，由于无人机底部一般存在弧度，采用半干的超轻黏土沿机载检测装置四周固定，可防止机载检测装置与无人机发生相对位移或摩擦底部而造成外观损伤。

如图2所示，为根据第一飞行数据以及第二飞行数据获得飞行数据的具体求解过程示意图，该过程中先对第一飞行数据以及第二飞行数据分别进行扩展卡尔曼滤波修正；具体而言，在解算融合前需要将获得的海拔高度进行扩展卡尔曼滤波修正以得到海拔数据；对第一惯性测量单元或第二惯性测量单元采集的三轴角速率以及三轴加速度进行扩展卡尔曼滤波修正以获得卡尔曼修正后的三轴角速率以及三轴加速度，对第一三轴磁场计或第二三轴磁场计采集的三轴磁场强度数据进行扩展卡尔曼滤波修正以获得扩展卡尔曼滤波修正后的三轴磁场强度数据，对气压高度计采集的无人机的海拔高度进行扩展卡尔曼滤波修正以获得卡尔曼修正后的海拔高度，对差分GPS采集的位置数据、高度数据以及地速数据进行扩展卡尔曼滤波修正以获得卡尔曼修正后的位置数据、高度数据以及地速数据。

将经过扩展卡尔曼滤波修正的所述三轴角速率及三轴加速度通过四元数矩阵变换后进行积分以获得欧拉角，并通过所述欧拉角获得所述飞行姿态，所述欧拉角即姿态角；这个求解过程已经包含了由于第一三轴陀螺仪或第二三轴陀螺仪工作时间引入的误差。具体而言，由于存在地理坐标系和载体坐标系，当用不同的两个坐标系表示一个确定的向量时，两个坐标系所表示的大小和方向一定是相同的。但是由于这两个坐标系的旋转矩阵存在误差，那么当一个向量经过一个有误差存在的旋转矩阵后，在另一个坐标系中和理论值有偏差，因此需要通过这个偏差来修正这个旋转矩阵。而这个旋转矩阵的元素是四元数，因此通过四元数矩阵来修正飞行姿态。其中飞行姿态包括：俯仰角、横滚角以及航向角。航向角为无人机的纵轴与地球北极之间的夹角，又称真航向角。俯仰角：为无人机相对于惯性坐标系的XOY平面“俯仰”的角度。横滚角为XOZ平面与水平面的垂直平面的夹角。较佳的，鉴于三轴加速度计低频特性比较好，因此可以直接获得三轴加速度，且没有累积误差，长时间后也比较准。而三轴陀螺仪在长时间后由于积分误差的累加，会造成输出误差比较大，甚至无法使用，因此每过一段时间就需要通过互补滤波以让三轴加速度计去校准三轴陀螺仪。所述互补滤波就是在短时间内采用三轴陀螺仪得到的角度作为最优值，定时对三轴加速度计采样的三轴加速度进行取平均值来校正三轴角速率，因为短时间内三轴陀螺仪比较准确；而长时间用三轴加速度计比较准确，这时候加大它的比重，而其中三轴加速度计要滤掉高频信号，三轴陀螺仪要滤掉低频信号，因此根据传感器特性不同通过互补滤波后再相加得到整个频带的信号，即互补是给三轴角速率和三轴加速度不同的权重加权求和。

将所述欧拉角与经过扩展卡尔曼滤波修正后的三轴磁场强度数据进行融合解算的修正以获得磁航向；

将经过扩展卡尔曼滤波修正后的地速信息和三轴加速度与欧拉角以及磁航向做混合滤波的融合解算以获得修正地速；

将经过扩展卡尔曼滤波修正后的位置数据及海拔数据使用修正地速以及欧拉角作修正以得到最终位置数据，并通过所述最终位置数据获得所述飞行轨迹。

上述方式通过扩展卡曼滤波和数据融合算法，由于三轴陀螺仪动态响应特性良好，但计算姿态时会产生累积误差；而三轴磁场计和三轴加速度计测量姿态没有累积误差，但动态响应较差。因此他们在频域上特性互补，所以采用互补滤波的方式融合这三种传感器的数据，以提高测量精度和系统的动态性能，实现高精度数据的解算和误差的降低，获取高准确度和专业化的可靠数据。

本发明实施例还提供一种无人机飞行性能的检测系统，包括：

安装平台、水平仪以及上任意一实施例所述的无人机飞行性能的检测设备，其中，机载检测装置在设置于无人机底部之前放置于所述安装平台上，并通过所述水平仪对所述机载检测装置进行调平处理；

所述水平仪还用于在所述无人机放置于所述机载检测装置上方之后对所述无人机进行调平处理。

具体的，现有技术中的无人机检测域中，绝大多数无人机检测地点设在某固定空域，检测装置的安装多在户外，安装方法存在不牢靠、相对位移等问题，无法保证检测准确性。因此本发明实施例所述的方法在无人机被检测前，先通过将机载检测装置放置于安装平台上并通过水平仪对所述机载检测装置进行调平处理以保证所述机载检测装置保持水平状态；

为了保证机载检测装置设置于无人机质心位置的正下方，需要先通过多点称重或不平衡力矩法获得无人机的质心位置并标记在无人机底面相应位置上；

将所述无人机的底面放置于所述机载检测装置上方，使得所述机载检测装置位于所述无人机质心位置的下方；

通过所述水平仪对所述无人机进行调平处理，使无人机和机载检测装置均保持绝对水平。

再通过半干的超轻黏土将记载测量装置固定在无人机的底部，当半干的超轻黏土固定后，再使用柔性胶带固定，再次检测水平度，确保机载检测装置和无人机均为绝对水平状态。

具体的实施例中，本发明的检测设备需要保证机载检测装置与无人机均为绝对水平状态，因此会通过水平仪对机载检测装置以及无人机分别进行水平校准，并采用超轻黏土以及柔性胶带双重固定方式使得安装更为牢固，进而获取的飞行数据更加准确。

较佳的实施例中，当机载检测装置和无人机均为绝对水平状态后，可以取下机载检测装置与安装平台间的美纹纸，此时再次检测两者的水平度，一般水平度不会再出现偏差，当外置GPS天线连接好后，使用柔性胶带粘接无人机上方，安装完成。

本发明实施例还提供一种无人机飞行性能的检测方法，如图3所示，包括：

步骤301，外置GPS天线获取无人机的第一飞行数据；所述第一飞行数据至少包括如下之一：位置数据、高度数据、地速数据以及三轴磁场强度数据；

步骤302，机载检测装置获取无人机的第二飞行数据并接收所述外置GPS天线发送的第一飞行数据；所述第二飞行数据至少包括如下之一：三轴角速率、三轴加速度以及海拔高度；

步骤303，对所述第一飞行数据以及第二飞行数据进行解算融合后获得飞行数据；所述飞行数据至少包括如下之一：飞行轨迹、飞行高度以及飞行姿态；

步骤304，地面分析装置接收所述机载检测装置提供的飞行数据并对所述飞行数据进行检测分析；

其中，所述机载检测装置包括基于MEMS一体化集成的第一惯性测量单元、GPS接收模块以及气压高度计，所述第一惯性测量单元用于采集无人机的三轴角速率及三轴加速度，所述气压高度计用于采集无人机的海拔高度，所述GPS接收模块用于接收外置GPS天线发送的所述第一飞行数据；

所述外置GPS天线包括：差分GPS以及第一三轴磁场计，所述差分GPS用于采集无人机的位置数据、高度数据以及地速数据，所述第一三轴磁场计用于采集无人机的三轴磁场强度数据。

本发明实施例所述的一种无人机飞行性能的检测方法，较佳的，所述方法还包括：

将获得的第一飞行数据以及第二飞行数据分别进行扩展卡尔曼滤波修正；

将经过扩展卡尔曼滤波修正的所述三轴角速率及三轴加速度通过四元数矩阵变换后进行积分以获得欧拉角，并通过所述欧拉角获得所述飞行姿态；

将所述欧拉角与经过扩展卡尔曼滤波修正后的三轴磁场强度数据进行融合解算以获得磁航向；

将均经过扩展卡尔曼滤波修正后的地速信息和三轴加速度、欧拉角以及磁航向做混合滤波以获得修正地速；

将经过扩展卡尔曼滤波修正后的位置数据使用修正地速以及欧拉角作修正以得到最终位置数据，并通过所述最终位置数据获得所述飞行轨迹。

通过研究扩展卡曼滤波和数据融合算法，实现高精度数据的解算和误差的降低，获取高准确度和专业化的可靠数据。

本发明实施例所述的一种无人机飞行性能的检测方法，较佳的，所述方法还包括：

当所述第一惯性测量单元故障时，通过第二惯性测量单元采集所述第二飞行数据；

当所述第一三轴磁场计故障时，通过第二三轴磁场计采集所述三轴磁场强度数据；

所述第二惯性测量单元以及第二三轴磁场计均基于MEMS集成于所述机载检测装置内。

本发明实施例所述的一种无人机飞行性能的检测方法，较佳的，对无人机飞行性能进行检测前，所述方法还包括：

将机载检测装置放置于安装平台上并通过水平仪对所述机载检测装置进行调平处理；

获得无人机的质心位置；

将所述无人机的底面放置于所述机载检测装置上方，使得所述机载检测装置位于所述无人机质心位置的下方；

通过所述水平仪对所述无人机进行调平处理。

综上所述，本发明实施例所述的无人机飞行性能的检测设备、系统和方法通过将机载检测装置安装于无人机质心位置的正下方，以机载检测装置测量的飞行数据作为标准，采用比较法比较无人机飞行数据与指标数据之间的差值可作为评价无人机飞行性能的依据。通过飞行轨迹、飞行高度以及飞行姿态来间接检测无人机的飞行轨迹控制精度、飞行姿态平稳度、实用升限、实际使用高度、最大续航时间、有效测控距离、飞行爬升能力、起降抗风能力、飞行抗风能力和最大平飞速度等。同时，基于MEMS的高度集成化的结构优化设计使机载检测装置重量和体积最小化，适用于小型无人机飞行性能检测，可灵活搭载安装在待测无人机机体上，在无人机飞行过程中，高精度、高采样率的采集记录各类飞行性能，为待测无人机飞行性能的精准评估提供原始数据且不影响无人机飞行品质的目的。

应理解，在本发明的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

还应理解，在本发明实施例中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种无人机飞行性能的检测设备，其特征在于，包括：

外置GPS天线，设置于无人机的上方，用于获取第一飞行数据；所述第一飞行数据至少包括以下之一：位置数据、高度数据、地速数据以及三轴磁场强度数据；

机载检测装置，设置于无人机的底部且位于所述无人机质心位置的下方，用于获取第二飞行数据以及接收所述外置GPS天线提供的所述第一飞行数据；所述第二飞行数据至少包括以下之一：三轴角速率、三轴加速度以及海拔高度；

所述机载检测装置还用于对第一飞行数据以及第二飞行数据进行解算融合以获得飞行数据；所述飞行数据至少包括以下之一：飞行轨迹、飞行高度以及飞行姿态；

地面分析装置，用于接收所述机载检测装置反馈的飞行数据并对所述飞行数据进行检测分析；

数据传输天线，电性连接所述机载检测装置并与所述地面分析装置无线通信，以向所述地面分析装置提供飞行数据；

其中，所述机载检测装置包括：中央处理器以及基于MEMS一体化集成的第一惯性测量单元、GPS接收模块以及气压高度计；所述GPS接收模块接收所述外置GPS天线发送的第一飞行数据，所述第一惯性测量单元用于采集无人机的三轴角速率及三轴加速度，所述气压高度计用于采集无人机的海拔高度，所述中央处理器用于对所述第一飞行数据以及第二飞行数据进行解算融合。

2.根据权利要求1所述的一种无人机飞行性能的检测设备，其特征在于，所述外置GPS天线包括：差分GPS以及第一三轴磁场计，所述差分GPS用于采集无人机的位置数据、高度数据以及地速数据，所述第一三轴磁场计用于采集无人机的三轴磁场强度数据。

3.根据权利要求2所述的一种无人机飞行性能的检测设备，其特征在于，所述机载检测装置还包括：第二惯性测量单元和/或第二三轴磁场计，所述第二惯性测量单元和/或第二三轴磁场计基于MEMS一体化集成于所述机载检测装置内；

所述第二惯性测量单元用于当所述第一惯性测量单元故障时采集所述第二飞行数据；

所述第二三轴磁场计用于当所述第一三轴磁场计故障时采集所述三轴磁场强度数据。

4.根据权利要求3所述的一种无人机飞行性能的检测设备，其特征在于，所述第一惯性测量单元包括：第一三轴陀螺仪以及第一三轴加速度计；

所述第二惯性测量单元包括：第二三轴陀螺仪以及第二三轴加速度计。

5.根据权利要求1所述的一种无人机飞行性能的检测设备，其特征在于，所述机载检测装置通过超轻黏土以及柔性胶带固定于无人机的底部，所述外置GPS天线通过柔性胶带粘贴于无人机的上方。

6.一种无人机飞行性能的检测系统，其特征在于，包括：

安装平台、水平仪以及如权利要求1-5任意一项所述的无人机飞行性能的检测设备，其中，机载检测装置在设置于无人机底部之前放置于所述安装平台上，并通过所述水平仪对所述机载检测装置进行调平处理；

所述水平仪还用于在所述无人机放置于所述机载检测装置上方之后对所述无人机进行调平处理。

7.一种无人机飞行性能的检测方法，其特征在于，包括：

外置GPS天线获取无人机的第一飞行数据；所述第一飞行数据至少包括如下之一：位置数据、高度数据、地速数据以及三轴磁场强度数据；

机载检测装置获取无人机的第二飞行数据并接收所述外置GPS天线发送的第一飞行数据；所述第二飞行数据至少包括如下之一：三轴角速率、三轴加速度以及海拔高度；

对所述第一飞行数据以及第二飞行数据进行解算融合后获得飞行数据；所述飞行数据至少包括如下之一：飞行轨迹、飞行高度以及飞行姿态；

地面分析装置接收所述机载检测装置提供的飞行数据并对所述飞行数据进行检测分析；

其中，所述机载检测装置包括基于MEMS一体化集成的第一惯性测量单元、GPS接收模块以及气压高度计，所述第一惯性测量单元用于采集无人机的三轴角速率及三轴加速度，所述气压高度计用于采集无人机的海拔高度，所述GPS接收模块用于接收外置GPS天线发送的所述第一飞行数据；所述机载检测装置位于所述无人机质心位置的下方；

所述外置GPS天线包括：差分GPS以及第一三轴磁场计，所述差分GPS用于采集无人机的位置数据、高度数据以及地速数据，所述第一三轴磁场计用于采集无人机的三轴磁场强度数据。

8.根据权利要求7所述的一种无人机飞行性能的检测方法，其特征在于，所述方法还包括：

将获得的海拔高度进行扩展卡尔曼滤波修正以得到海拔数据；

将获得的第一飞行数据以及第二飞行数据分别进行扩展卡尔曼滤波修正；

将经过扩展卡尔曼滤波修正的所述三轴角速率及三轴加速度通过四元数矩阵变换后进行积分以获得欧拉角，并通过所述欧拉角获得所述飞行姿态；

将所述欧拉角与经过扩展卡尔曼滤波修正后的三轴磁场强度数据进行融合解算以获得磁航向；

将经过扩展卡尔曼滤波修正后的地速信息和三轴加速度与欧拉角以及磁航向做混合滤波以获得修正地速；

将经过扩展卡尔曼滤波修正后的位置数据及海拔数据使用修正地速以及欧拉角作修正以得到最终位置数据，并通过所述最终位置数据获得所述飞行轨迹。

9.根据权利要求7所述的一种无人机飞行性能的检测方法，其特征在于，所述方法还包括：

当所述第一惯性测量单元故障时，通过第二惯性测量单元采集所述第二飞行数据；

当所述第一三轴磁场计故障时，通过第二三轴磁场计采集所述三轴磁场强度数据；

所述第二惯性测量单元以及第二三轴磁场计均基于MEMS集成于所述机载检测装置内。

10.根据权利要求7所述的一种无人机飞行性能的检测方法，其特征在于，对无人机飞行性能进行检测前，所述方法还包括：

将机载检测装置放置于安装平台上并通过水平仪对所述机载检测装置进行调平处理；

获得无人机的质心位置；

将所述无人机的底面放置于所述机载检测装置上方，使得所述机载检测装置位于所述无人机质心位置的下方；

通过所述水平仪对所述无人机进行调平处理。