[發明專利]用于穩健干擾抑制的分布式加速度感測

有效

• 申請號: 201780054923.7
• 申請日: 2017-10-20
• 公開（公告）號: CN109689499B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: R·格里芬;E·斯考特;S·亨伯特
• 申請（專利權）人: 極光飛行科學公司
• 主分類號: B64C39/02
• 分類號: B64C39/02;B64D45/00;B64U20/80;B64U20/30
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 徐東升;趙蓉民

本申請公開一種空中交通工具，其包括機身、用于提供輸出控制信號的飛機飛行控制器，以及定位在機身上的平面印刷電路板。印刷電路板可以包括與其耦合的處理器、速率陀螺儀和至少三個加速度計。處理器被配置為至少部分地基于從至少三個加速度計和所述速率陀螺儀中的至少一個接收的反饋信號來產生致動信號。處理器將致動信號傳送到所述飛機飛行控制器，飛機飛行控制器被配置為基于所述致動信號調節輸出控制信號。

政府利益聲明

本發明是在美國空軍授予的合同號：FA8651-13-C-0017下，由政府支持完成。政府擁有本發明的某些權利。

相關申請的交叉引用

本申請要求2016年10月21日提交的臨時專利申請序列號62/411,147在35U.S.C.§119(e)下的權益，該申請的內容通過引用結合于此。

技術領域

本發明總體涉及自主交通工具導航，并且更具體地涉及使用本體感測技術提供陣風抑制和增加交通工具穩定性的技術。

背景技術

無人機(UAV)、小型無人駕駛系統(sUAS)和其他小型飛機，特別是那些旨在用于城市環境或其他雜亂環境中的小型飛機，當遇到大氣湍流和陣風時，在飛機的狀態(例如，姿態和方位)的穩定性方面面臨極大的限制。特別是，大風、雜亂的城市環境以及對其他交通工具的接近可能造成干擾，該干擾通常難以用現有的飛行控制技術抑制。實際上，當在城市峽谷中航行時，1米至2米的偏移當然會導致障礙物碰撞、任務失敗或交通工具損失。陣風抑制和交通工具穩定性對于產生清晰易懂的監控視頻尤為重要，這是這些小型飛機的主要職責。例如，UAV經常受到不對稱的陣風的影響，這種陣風是由城市峽谷中的流動通道和遮擋引起的——這個環境所特有的流場。

雖然傳統的慣性導航系統(INS)對于交通工具穩定性有效，但因為必須在校正誤差之前測量誤差，所以傳統的慣性導航系統導致姿態校正的固有滯后。此外，雖然有效，但使用基于應變和壓力的測量值的一些先前研究的本體感測方法需要相對復雜的結構和空氣動力學建模。例如，McKenna等人共同擁有的題為“用于不需要的力抑制和交通工具穩定性的系統和方法(System and Method for Unwanted Force Rejection and VehicleStability)”的美國專利公開No.2016/0200420公開了經由使用嵌入在機翼內的應變計的本體感測技術提供陣風抑制和增加交通工具穩定性的技術。

隨著飛行交通工具能力擴展到更復雜的任務和動態環境，可以采用新的傳感器方案來提高穩健性、可生存性和任務有效性。例如，主動感測作用在交通工具上的干擾力和力矩的能力以及在反饋策略中使用這些感測量以減輕干擾的能力。因此，小型飛機(諸如UAV和sUAS)將通過增加機動性、擴大飛行包線和改進性能而大大受益于陣風抑制。然而，另一個添加的復雜性是小型UAV經常受到用萬向架固定的有效載荷穩定性和交通工具可操縱性的嚴格要求，同時還將交通工具驅動到較小的尺寸和有效載荷能力。鑒于小型UAV和sUAS的緊張資源約束，挑戰是不僅要實現這些功能，還要在滿足大小、重量和功率的約束的封裝件內實現這些功能。因此，在具有傳統姿態控制慣性傳感器(諸如陀螺儀和加速度計)的延遲/噪聲屬性(由于平臺動力學引起的延遲)的較小平臺上特別難以實現陣風抑制。

鑒于對增加的自主性/性能和平臺/感測系統的小型化的需求，需要改進的系統和方法，以用于經由例如生物啟發的角加速度感測和其他本體感測技術提供陣風抑制和增加交通工具穩定性。如本文所公開的，所得到的系統可以應用于范圍從豎直起飛和著陸飛機到固定翼飛機的空氣系統，該空氣系統受到大風、交通工具-交通工具干擾和雜亂的城市區域中的不可預測的飛行條件的阻礙。

發明內容