[發(fā)明專利]一種四旋翼飛行器的氣動(dòng)模型輔助導(dǎo)航方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410079513.6
• 申請(qǐng)日: 2014-03-05
• 公開（公告）號(hào): CN103837151A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂品;賴際舟;劉建業(yè);宋亦凡;張玲;賈文峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G01C21/20
• 分類號(hào): G01C21/20
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 楊楠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于組合導(dǎo)航與自主導(dǎo)航領(lǐng)域，具體涉及一種四旋翼飛行器的氣動(dòng)模型輔助導(dǎo)航方法。

背景技術(shù)

四旋翼飛行器具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可懸停和垂直起降等優(yōu)點(diǎn)，特別適合在近地面環(huán)境（如室內(nèi)、城區(qū)和叢林等）中執(zhí)行監(jiān)視、偵察等任務(wù)，具有廣闊的軍事和民用前景。導(dǎo)航系統(tǒng)為四旋翼飛行器提供其飛行控制系統(tǒng)所必須的導(dǎo)航信息，是其完成各種復(fù)雜飛行任務(wù)的必要保障。

受四旋翼飛行器體積、載重、成本所限，其通常選用低成本、小型化的低精度機(jī)載導(dǎo)航傳感器。目前四旋翼飛行器常用的導(dǎo)航方案包含慣性傳感器、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、磁傳感器以及氣壓高度計(jì)：其中慣性傳感器與磁傳感器組成航姿系統(tǒng)，可提供姿態(tài)信息；慣性傳感器與衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行信息融合，可提供速度與位置信息；氣壓高度計(jì)用以修正高度信息。

由于衛(wèi)星導(dǎo)航需要接收外界無(wú)線電信號(hào)，在一些特殊情況下會(huì)受到人為或自然干擾（例如室內(nèi)飛行時(shí)），此時(shí)其速度、位置信息僅由慣性傳感器解算得到。當(dāng)四旋翼飛行器的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)不可用時(shí)，慣性傳感器在解算速度、位置信息時(shí)采用推算算法，且四旋翼飛行器采用的慣性傳感器精度通常較低，致使其誤差隨時(shí)間快速發(fā)散，難以保證其定位需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種四旋翼飛行器的氣動(dòng)模型輔助導(dǎo)航方法，通過采用氣動(dòng)模型參數(shù)作為輔助參數(shù)，與其機(jī)載傳感器相結(jié)合，計(jì)算四旋翼飛行器機(jī)體系下的速度，進(jìn)一步計(jì)算導(dǎo)航系下的速度，提高了計(jì)算精度，解決了四旋翼飛行器在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)不可用時(shí)的自主測(cè)速、定位不精確的問題。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

一種四旋翼飛行器的氣動(dòng)模型輔助導(dǎo)航方法，包括如下步驟：

步驟一：周期讀取k時(shí)刻四旋翼飛行器機(jī)載傳感器信息，并計(jì)算k時(shí)刻四旋翼飛行器機(jī)體系下的Z軸的速度然后，構(gòu)建卡爾曼濾波器計(jì)算的在線補(bǔ)償參數(shù)，計(jì)算補(bǔ)償后的機(jī)體系下的Z軸的速度

步驟二：按照如下公式計(jì)算k時(shí)刻四旋翼飛行器機(jī)體系下的速度V^b_k：

其中，分別為k時(shí)刻四旋翼飛行器速度在機(jī)體系下的X軸分量及Y軸分量；按照如下公式計(jì)算：其中F_bxk、F_byk為k時(shí)刻機(jī)體系下四旋翼飛行器的水平方向氣動(dòng)力矢量F^b_k在X、Y軸的分量，k_a2vk為k時(shí)刻四旋翼飛行器的第一氣動(dòng)參數(shù)；F^b_k按照如下公式計(jì)算：

其中m為四旋翼飛行器質(zhì)量，f^b_k為k時(shí)刻三軸加速度的矢量表示，為四旋翼飛行器k時(shí)刻導(dǎo)航系到機(jī)體系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣，為k時(shí)刻地球自轉(zhuǎn)角速度矢量在導(dǎo)航系下的投影，為k時(shí)刻導(dǎo)航系相對(duì)于地球系的角速度矢量在導(dǎo)航系下的投影，Vⁿ_k-1為四旋翼飛行器k-1時(shí)刻導(dǎo)航系下的速度；

k_a2vk按照如下公式計(jì)算：