[發明專利]一種基于多層信息融合的無人機測高方法

有效

• 申請號: 201611184708.2
• 申請日: 2016-12-20
• 公開（公告）號: CN106840085B
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發明（設計）人: 黃鶴;劉一恒;靳引利;許哲;郭璐;黃鶯;王萍;雷旭;汪貴平;杜晶晶;盛廣峰;宋京;王亞波;袁東亮;劉志浩;胡宇飛
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: G01C5/00
• 分類號: G01C5/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 齊書田

本發明公開了一種基于多層信息融合的無人機測高方法，首先在無人機的不同空間位置裝備若干個高度傳感器，獲得各個高度傳感器在不同時間和空間的無人機高度觀測數據；然后將每個高度傳感器在不同時刻的觀測值與該時刻之前兩個時刻的估計值進行二步延遲時間融合，得出該高度傳感器在不同時刻的時間融合估計值；然后將各個高度傳感器同時刻的時間融合估計值進行空間融合，從而得到時空融合估計值；最后將步驟3得到的時空融合估計值和加速度計的測量數據進行基于參數辨識的自適應互補濾波融合，得到最終融合估計值。本發明計算量小，編程簡單，在無人機測高領域應用價值明顯。

技術領域

本發明屬于無人機控制、信號處理、導航技術、人工智能領域，具體涉及一種基于多層信息融合的無人機測高方法，包含基于二步延遲自適應時空融合和基于參數辨識的自適應互補濾波融合的二次融合。

背景技術

在如今社會中，無人機用途十分廣泛，在軍事，民用，科研等領域都有很多應用，特別是旋翼飛行器，具有結構簡單，控制方便等特點，可以在狹小的空間內執行復雜的任務。

旋翼飛行器同時又是一個典型的欠驅動系統，具有多變量、強耦合、非線性等特性的系統，而且涉及學科眾多，領域十分廣泛。飛行過程中狀態復雜，無人機機載傳感器承受多種外部環境的干擾，并且傳感器的溫漂對數據產生很大影響。上述問題給無人機的測高帶來很大的困難。

多層信息融合是對傳感器的數據進行傳感器融合，可以類比人對一個事物的認知過程。首先，是兩個眼睛的數據進行融合，得到這個事物的完整圖像，然后，再將眼睛的數據和鼻子的數據進行融合，形成對這個事物的外觀和氣味的全面認知。多層信息融合算法是在此基礎上，設計多個融合層進行多次融合，進一步提升數據的精度，減小誤差，用在無人機測高上，實現了對多個傳感器測高數據的全面分析，最終得到可靠的高度數據。

無人機的高度信息可以通過氣壓計測量當前氣壓獲取，也可以通過GPS直接讀取，還可以通過加速度計的雙重積分獲取。然而，氣壓受到大氣波動的影響，會有很大的噪聲，所以由氣壓計讀取的高度不準確，GPS是被動定位的，當GPS的系統關閉時，定位系統就會出現故障，加速度計的雙重積分在短時間內是準確的，但是時間一長，就會出現積分漂移現象。所以，不能完全依賴于單個傳感器來進行測高。需要采用合理的算法，將各個傳感器的信息進行融合，進而將各個傳感器的優缺點進行結合，從而得到可靠性高的高度數據。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于多層信息融合的無人機測高方法，以克服現有技術中的問題。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于多層信息融合的無人機測高方法，包括以下步驟：

步驟1：在無人機的不同空間位置裝備若干個高度傳感器，獲得各個高度傳感器在不同時間和空間的無人機高度觀測數據；

步驟2：將每個高度傳感器在不同時刻的觀測值與該時刻之前兩個時刻的估計值進行二步延遲時間融合，得出該高度傳感器在不同時刻的時間融合估計值；

步驟3：將各個高度傳感器同時刻的時間融合估計值進行空間融合，從而得到時空融合估計值；

步驟4：將步驟3得到的時空融合估計值和加速度計的測量數據進行基于參數辨識的自適應互補濾波融合，得到最終融合估計值。

進一步地，步驟1具體為：

在無人機的不同空間位置裝備s個高度傳感器，獲得各個高度傳感器在不同時間和空間的無人機高度觀測數據Z＝{Z_i(k)}(i＝1,2,...,s；k＝1,2,...,n)，其中Z_i(k)是第i個高度傳感器在k時間點的高度數據量測值。

進一步地，步驟2具體為：