[發明專利]一種無人機雙余度測量系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201910196246.3
• 申請日: 2019-03-15
• 公開（公告）號: CN109931930B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 田心宇;李厚春;潘計輝;林凡涌;田云鵬;李麗錦
• 申請（專利權）人: 西北工業大學;西安愛生技術集團公司
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01S19/47
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 劉新瓊

1.一種無人機雙余度測量系統，其特征在于：

所述無人機雙余度測量系統包含陀螺測量系統和組合導航系統，其中陀螺測量系統包含垂直陀螺、角速率陀螺、磁航向傳感器和衛星定位系統，其中垂直陀螺輸出姿態數據，姿態數據包含俯仰角和傾斜角，角速率陀螺輸出角速率數據，角速率數據包含俯仰角速率、傾斜角速率和航向角速率，磁航向傳感器輸出航向角，衛星定位系統輸出位置信息，位置信息為經度和緯度；

組合導航系統包含航姿裝置和衛星定位系統，航姿裝置輸出姿態數據、角速率數據和航向角，姿態數據包括俯仰角、傾斜角，角速率數據包括俯仰角速率、傾斜角速率和航向角速率，衛星定位系統輸出經度和緯度，用于無人機控制；

所述無人機雙余度測量系統在陀螺測量系統及組合導航系統正常情況下，均將姿態數據、角速率數據、航向角和位置信息送給無人機，無人機默認使用組合導航系統提供的姿態、角速率、航向角及位置信息用于無人機控制，此時陀螺測量系統及組合導航系統具備指令切換功能，當組合導航系統發生故障次數超出閾值，則自動切換為由陀螺測量系統提供的姿態、角速率、航向角及位置信息用于無人機的控制；

雙余度測量系統的控制策略如下：

步驟1：無人機上電后無人機機載軟件自動將陀螺測量系統設置為主測量系統，陀螺測量系統輸出的數據用于無人機控制，將組合導航系統設置為備份系統，組合導航系統輸出的數據處于監控狀態；

步驟2：無人機接收到組合導航系統數據且組合導航系統數據中的狀態信息表示組合導航系統工作正常，則將組合導航系統切換為主測量系統，使用組合導航系統輸出的數據用于無人機的控制，將陀螺測量系統切換為備份測量系統，陀螺測量系統輸出的數據處于監控狀態；

步驟3：在無人機飛行過程中，實時對組合導航系統的數據進行監控，并在如下三種情況下進行判斷：

3.1)在閾值時刻t₁內，若t₁時刻內無人機均未收到組合導航系統的數據，則失效次數k₁加一，若失效次數k₁大于連續失效閾值l₁，或在時刻n₁內組合導航系統與無人機正常通訊次數小于非連續失效閾值m₁，則自動將組合導航系統設為備份測量系統，組合導航系統的數據只進行監控，并將陀螺測量系統設為主測量系統用于無人機控制，此時將組合導航系統故障次數k₂加一；其中，閾值時刻t₁為組合導航系統通訊周期的10-15倍，連續失效閾值l₁取值為1-5之間，n₁的取值為組合導航系統通訊周期的3000-6000倍，m₁的取值為((n₁/組合導航系統通訊周期)/2))；

3.2)：若無人機接收到的組合導航系統數據中狀態字信息表示組合導航系統數據不可用，或自檢信息表示組合導航系統故障，則將組合導航系統設為備份測量系統，將陀螺測量系統設為主測量系統控制無人機，此時將組合導航系統故障次數k₂加一；

3.3)：無人機實時對組合導航系統數據和陀螺測量系統的姿態數據、角速率數據、航向角和位置信息進行兩兩比對，若兩兩對比的數據差在閾值時刻t₂內持續超出數據閾值p₁，或在時刻n₂內數據差超出數據閾值p2次數大于閾值m₂，則自動將組合導航系統設為備份測量系統，將陀螺測量系統設為主測量系統用于無人機控制，并將組合導航系統故障次數k₂加一，其中，t₂的取值為組合導航系統通訊周期的3-5倍，數據閾值p₁取值為姿態數據閾值為3°-5°，角速率數據的閾值為5°/s-10°/s，航向角的閾值為10°-30°，位置信息的閾值為兩點距離為3km-5km，n₂的取值為組合導航系統通訊周期的50-100倍，數據閾值p2取值為姿態數據的閾值為3°-5°，角速率數據的閾值為5°/s-10°/s，航向角的閾值為10°-20°，位置信息的閾值為兩點距離為3km-5km，m₂的取值為((n₂/組合導航系統通訊周期)/2)；

步驟4：若組合導航系統故障次數k2未達到最大故障次數閾值k3，則使用指令在組合導航系統和陀螺測量系統之間進行切換；若組合導航系統故障次數k2大于最大故障次數閾值k3，則無人機完全自動屏蔽組合導航系統，只使用陀螺測量系統的數據，其中，k3的取值為20-50之間。