[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

本發明提供了一種無人機雙余度測量系統及其控制方法，基于兩套不同工作原理的測量系統及控制策略，以達到系統一次故障后正常工作且明顯提高系統的可靠性和安全性的目的。本發明采用非相似雙余度系統模型，實現簡單，可靠性、安全性高；雙余度測量系統的控制策略和切換完全由無人機軟件完成，未在無人機增加額外設備；雙余度測量系統的控制策略實現簡單，適用面廣可以在不同無人機系統中推廣應用。

技術領域

本發明涉及無人機領域，尤其是一種無人機的測量系統及控制方法。

背景技術

測量系統是無人機飛行控制系統的重要組成部分。在整個飛行控制過程中都需要測量系統采集無人機姿態數據、角速率數據、航向、位置信息等作為輸入，并通過相應的控制算法計算出無人機的控制量已達到控制無人機飛行的目的，所以測量系統數據的正確性、安全性就顯得尤為重要。

現有的無人機通常采用在無人機上安裝垂直陀螺和角速率陀螺以獲得姿態數據和角速率數據，安裝航向傳感器以獲得航向，安裝衛星接收機以獲得位置信息；或者安裝一臺慣性組合導航設備以獲得無人機姿態數據、角速率數據、航向及位置信息用于無人機的控制。該方法由于只在無人機上安裝一套測量設備，如果該套設備發生故障則無法正常工作，其可靠性較低。

還有一種方法，在無人機上安裝兩套組合導航設備，兩套設備同時工作獲得無人機姿態數據、角速率數據、航向及位置信息息等，正常情況下一臺組合導航設備獲取的數據供控制算法計算用于控制無人機，當其故障后另一臺組合導航設備自動接入替換故障的導航設備用于無人機控制。該方法具有測量系統一次故障后自動重構的能力，提高了安全性，缺點是兩套組合導航設備的工作原理和設計原理相同，存在同時發生同類故障的可能。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種無人機雙余度測量系統及其控制方法，本發明基于兩套不同工作原理的測量系統及控制策略，以達到系統一次故障后正常工作且明顯提高系統的可靠性和安全性的目的。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種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。

所述無人機雙余度測量系統的控制方法如下：

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：