[發明專利]一種適用于低空無人機的高度測量系統及方法

無效

• 申請號: 201310239783.4
• 申請日: 2013-06-18
• 公開（公告）號: CN103344218A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 楊小平;周國清;秦子建;李小霞;高守行;張彪;劉源;申慶華;韋波;龔克;李新
• 申請（專利權）人: 桂林理工大學;桂林航龍科訊電子技術有限公司
• 主分類號: G01C5/06
• 分類號: G01C5/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及無人機飛行高度測量技術領域。

背景技術

無人機在起飛和著陸過程當中，尤其是在自主飛行中的起飛和著陸中，對高度數據有高精度的要求。無人機目前使用的高度計主要有氣壓高度計、無線電高度計、GPS高度計、超聲波高度計等。氣壓高度計測量范圍寬，但誤差較大；無線電高度計測量準確，但容易受到無線電信號的干擾；GPS高度計存在信號不穩定的問題；超聲波高度計測量范圍太小。無人機在低空飛行時，尤其是在起飛和著陸時對高度的測量有很高的要求，因而迫切需要解決無人機低空飛行時的高度測量問題。專利201010596672.5中提出了把氣壓高度計、無線電高度計和超聲波高度計的值進行閾值判斷選擇一種或兩種平均值的方法。這種方法忽略了三種高度計的缺點，而且在不同閾值范圍內的切換和數據處理方法在實際使用中會存在問題，不適合在低空飛行時無人機對高度測量的需求。

發明內容

本發明的目的是提供一種適用于低空無人機的高度測量系統及方法。把氣壓高度、激光高度和超聲波高度結合起來，利用自適應加權平均算法融合三種數據，得到適合低空無人機飛行的高精度的高度數據。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種適用于低空無人機的高度測量系統，包括氣壓傳感器模塊、激光測高模塊、超聲波測高模塊和微控制器，氣壓傳感器模塊、激光測高模塊、超聲波測高模塊均與微控制器連接，微控制器通過數據接口與飛行控制計算機連接。

所述氣壓傳感器模塊采用BMP085傳感器。

所述激光測高模塊包括激光發射接收部分和計時部分。所述計時部分采用TDC-GP22計時器，激光發射部分采用半導體脈沖激光二極管發射激光，激光波長905nm，峰值功率75W，型號為SPL?PL90_3半導體脈沖激光二極管，接收器件為AD500-9T052S1雪崩光電管。

超聲波測高模塊包括超聲波傳感器部分和計時部分。所述計時部分采用TDC-GP22計時器。

應用上述適用于低空無人機的高度測量系統的測量方法，包括以下步驟：

(1)對原始氣壓高度數據進行最小二乘濾波，濾除系統噪聲干擾，之后進行溫度補償校正和最小二乘擬合，得到海拔高度數據；

(2)計算相對高度，相對高度＝A×氣壓相對高度+B×激光高度+C×超聲波高度，其中A、B、C為加權系數，且A+B+C＝1，氣壓相對高度＝飛行實時氣壓高度-起飛時刻氣壓高度；

(3)微控制器把三種數據融合后，通過CAN、RS485或者UART接口中任意一個接口與外部的飛行控制計算機連接。

本發明的有益效果在于：

本發明提出的低空高度測量系統，把氣壓高度、激光高度和超聲波高度結合起來，利用自適應加權平均算法融合三種數據，得到適合低空無人機飛行的高精度的高度數據，適合無人機低空和超低空飛行對高度數據的要求，尤其適合無人機自主飛行中的起飛和著陸過程。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

圖1為高度測量系統原理框圖。

圖2為高度數據處理流程圖。

具體實施方式

如圖1所示，一種適用于低空無人機的高度測量系統，包括氣壓傳感器模塊、激光測高模塊、超聲波測高模塊和微控制器，氣壓傳感器模塊、激光測高模塊、超聲波測高模塊均與微控制器連接，微控制器通過數據接口與飛行控制計算機連接。

所述氣壓傳感器模塊采用BMP085傳感器。氣壓傳感器感測到大氣壓力數據，經過處理后將大氣壓數據轉換成海拔高度。此外大氣壓力還受到諸如溫度等因素的影響，因此必須對大氣數據進行溫度補償校正。BMP085是一種高精度、超低能耗的數字壓力傳感器。傳感器通過I2C端口將數據傳送給微控制器STM32F103ZET6，經過計算即可得到當前的氣壓值和溫度值。氣壓測量范圍為300-1100hPa(海拔高度-500m～+9000m)，絕對精度可以達到0.03hPa(0.25m)。

但是通過氣壓傳感器得到的高度數據為海拔高度，而且高度誤差在2-3m，因而必須結合其它傳感器的數據來校正。