[發明專利]一種無人機飛行姿態測定系統

在審

• 申請號: 201711203612.0
• 申請日: 2017-11-27
• 公開（公告）號: CN108227732A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 賈瑞昌;黃文杰;張亞莉;林江濤;柯偉東;王強
• 申請（專利權）人: 華南農業大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所 44329
• 代理人: 杜鵬飛;楊曉松

本發明公開了一種無人機飛行姿態測定系統，包括無人機，以及設置在所述無人機上的測量模塊、控制模塊、數據處理模塊和信號傳輸模塊，其中：所述測量模塊包括激光測距傳感器，所述激光測距傳感器設有多個，所述多個激光測距傳感器分別安裝在所述無人機的各個邊緣對角的位置上，且與地面垂直；所述多個激光測距傳感器形成陣列，同步測定所述無人機各個部位相對地面的高度信息；本發明設計合理，通過使用精度非常高的毫米級激光測距傳感器，并經過誤差分析，從而能夠得到精確的無人機姿態信息。

技術領域

本發明涉及農用無人機技術領域，具體涉及一種無人機飛行姿態測定系統。

背景技術

隨著航空應用技術的發展，將無人機運用于農業植保，為實現節水省藥，提高農藥利用率的目的，通常采用藥業霧化噴灑方式作業。而無人機作業時的飛行姿態則會直接影響到無人機的作業效率、效果，當作業的對象是比較高的果樹灌木時，無人機如果不調整飛行姿態的話，會導致噴灑不均勻、噴灑的藥物大多被冠層擋住、浪費等現象的發生，而且灌木較深的內部得不到所需的藥物，削弱了施藥效果，因此無人機的飛行姿態對于無人機噴霧作業具有重要意義；同時，無人機的作業高度也會影響到作業的霧化效果，作業高度過低，霧滴的離散程度不高，易在下落過程中聚集，導致霧滴直徑過大；作業高度過高，受到外界風速干擾，下落過程中霧滴被擾亂飄散，導致不能準確噴灑到指定作業區域，同時由于作業高度過高導致下沉力不足，霧滴只能附著在施藥對象的冠層，削弱對需要在根莖部施藥的作物的施藥效果，因此準確控制作業高度對于無人機噴霧過程也具有重要意義。

目前，實現測定無人機飛行姿態信息的方式有兩種，一種是相對姿態測量法，另一種是絕對姿態測量法，相對姿態測量法最常用的是利用陀螺儀，或者陀螺儀、加速度計、磁強計組合，而絕對姿態測量法常用的有兩種，一是利用熱電堆紅外傳感器感知地球大氣與大地間紅外熱輻射的差異來提取地平線進而獲得航空器的姿態信息，二是利用圖像處理技術獲得無人機姿態信息。但是，利用陀螺儀等慣性器件的話，無人機飛行過程中的附加加速度會使姿態參數的解算變得相當復雜，微型陀螺若長時間工作，會產生較大的累計誤差；而絕對姿態測量法不需要積分環節就可獲取小型無人機的姿態信息，因此這類測量系統通常具有動態品質良好，不存在累計誤差的優點，但這種測定方法造價成本高，并且不適合農業航空這種低空飛行的無人機；針對以上問題，目前已有許多的研究，楚仕彬、袁亮等發表的《小型四旋翼無人機姿態測量仿真研究》，王佳等發表的《基于紅外輻射的小型無人機姿態測量方法研究》，程浩等發表的《基于圖像配準的無人機姿態測量技術研究》，但以上研究都沒有解決長時間工作，會導致累計誤差大，不適合低空飛行等問題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種能夠時時獲得無人機飛行姿態信息以及真實高度、對GPS、RTK的數據進行校準，大大提高無人機作業效率的無人機飛行姿態測定系統。

本發明的目的通過下述技術方案實現：

一種無人機飛行姿態測定系統，包括無人機，以及設置在所述無人機上的測量模塊、控制模塊、數據處理模塊和信號傳輸模塊，其中：

所述測量模塊包括激光測距傳感器，所述激光測距傳感器設有多個，所述多個激光測距傳感器分別安裝在所述無人機的各個邊緣對角的位置上，且與地面垂直；所述多個激光測距傳感器形成陣列，同步測定所述無人機各個部位相對地面的高度信息；

所述控制模塊包括主控板，所述控制模塊控制所述無人機的飛行高度以及飛行方向；

所述數據處理模塊包括測定程序，所述數據處理模塊將所述測量模塊得到的數據進行處理計算，經過計算分析，消除系統誤差以及隨機誤差，并通過所述測定程序確定所述無人機是往前傾斜、往后傾斜、還是左右傾斜，以及無人機傾斜的程度，從而得到無人機飛行姿態信息；所述數據處理模塊通過將所述測量模塊得到的數據進行處理計算，得到所述無人機的高度，并通過對GPS、RTK數據的比較，從而達到校準無人機高度的目的，為無人機定高調整提供數據支持；