[發明專利]一種無人機飛控多傳感器姿態置信解算方法

在審

• 申請號: 202010172639.3
• 申請日: 2020-03-12
• 公開（公告）號: CN111141286A
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 劉哲寧
• 申請（專利權）人: 江蘇藍鯨智慧空間研究院有限公司
• 主分類號: G01C21/18
• 分類號: G01C21/18;G01C21/20;G05D1/08
• 代理公司: 南京君陶專利商標代理有限公司 32215
• 代理人: 沈根水

本發明提出的是一種無人機飛控多傳感器姿態置信解算方法，通過對無人機飛控系統中內置的傳感器進行數據預測，建立數學觀測模型，通過角速度數學模型階導求得當前狀態角速度與數學模型預測量，確定誤差與預測誤差后建立冗余系統，進行數據比對并確定出現異常的傳感器編號。本發明采用多傳感器數據融合處理方法，擴展了時空覆蓋范圍，改善了系統的可靠性，對目標或事件的確認增加了可信度，減少了信息的模糊性；算法相對簡單可靠，可有效降低硬件成本和對處理器性能的要求；節約計算時間，可實現計算測量無縫切換。

技術領域

本發明涉及的是一種無人機飛控多傳感器姿態置信解算方法，屬于無人機控制技術領域。

背景技術

無人機是一種利用無線遙控設備和自備控制裝置操縱的不載人飛行裝置，隨著無人機操控技術的進步，以及其結構不斷向輕量化、小型化發展，已逐漸由軍用偵察機和靶機轉向民用領域，廣泛應用于航拍、農業、運輸、測繪等多個行業領域，在現代社會信息的背景下顯得越來越重要和突出。

飛行控制模塊（飛控模塊）作為無人機系統中重要的控制系統，其主要功能是測量無人機飛行姿態等狀態信息，并實時控制無人機的飛行，其中的慣性測量單元（IMU）是測量角速率以及加速度的裝置，通常包含三個單軸的加速度計和三個單軸的陀螺，加速度計檢測物體在載體坐標系統獨立三軸的加速度信號，而陀螺檢測載體相對于導航坐標系的角速度信號，測量物體在三維空間中的角速度和加速度，并以此解算出物體的姿態，在導航中有著很重要的應用價值。但實際運行過程中，當無人機IMU出現問題時，現有的飛控模塊通常無法同時對三組或三組以上的傳感器異常進行冗余處理，無法進行及時檢測和快速切換，導致無人機姿態不穩定，甚至操控失靈；現有無人機結構中雖然有針對無人機飛控模塊進行加裝來提高處理速度的方法，但同時也對飛控模塊提出了更高的硬件配置和運算性能要求，實際使用時占用過多飛控模塊資源，反而會降低數據測量和控制的實時性和可靠性，甚至會出現處理器卡頓和異常，直接導致無人機墜毀。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的上述缺陷，提出一種無人機飛控多傳感器姿態置信解算方法，可以對無人機在多組IMU出現異常時，自動檢測并實時切換至正常的傳感器。

本發明的技術解決方案：一種無人機飛控多傳感器姿態置信解算方法，具體包括如下步驟：

1）對無人機飛控系統中內置的3組傳感器進行數據預測，建立數學觀測模型：

2）測量科里奧利力來間接得到角速度，通過角速度數學模型階導求得當前狀態角速度與數學模型預測量；

3）將3組傳感器最終測得的角速度數據中的其中一組直接輸出至無人機飛控系統，其他兩組數據分別輸出至2個冗余觀測器，通過計算IMU中加速度計和陀螺儀的誤差來獲得角速度預測量；

4）2個冗余觀測器分別輸出角速度預測量與實際角速度，共同解算與測量差值，在兩組傳感器數據中進對比；將以上數據進行整合，選擇數據正常的傳感器。

本發明的優點：

1）采用多傳感器數據融合處理方法，擴展了時空覆蓋范圍，改善了系統的可靠性，對目標或事件的確認增加了可信度，減少了信息的模糊性；

2）算法相對簡單可靠，可有效降低硬件成本和對處理器性能的要求；

3）節約計算時間，可實現計算測量無縫切換，在同硬件平臺下相比現有技術（最多同時檢測2組）可實時檢測10組傳感器的數據。

附圖說明

附圖1是本發明無人機飛控多傳感器姿態置信解算方法的流程結構圖。

附圖2是本發明采用的角速度數學模型的坐標系圖。

具體實施方式

下面根據實施例進一步說明本發明的技術方案。