[發(fā)明專利]一種高動態(tài)無人機的加速度計干擾加速度自補償方法

在審

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• 申請日: 2020-03-18
• 公開（公告）號: CN111307179A
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發(fā)明（設計）人: 管練武;彭澤波;叢曉丹;高延濱;榮寒瀟;馮甜甜;劉鴻宇;張健秋;孫鵬飛;王星杰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00;G01C21/16;G01P21/00;G01P15/18
• 代理公司: 溫州市品創(chuàng)專利商標代理事務所(普通合伙) 33247
• 代理人: 洪中清

本發(fā)明公開了一種高動態(tài)無人機的加速度計干擾加速度自補償方法，涉及航空飛行器控制技術領域；它的方法為利用低通濾波后的加速度計三軸輸出模值和當?shù)刂亓铀俣鹊牟钪蹬c閾值進行比較，判斷是否存在加速度機動，若不存在加速度機動，則進一步根據(jù)導航系下的水平計算加速度與另一閾值比較，綜合判斷加速度機動存在情況；在判斷出存在大加速度機動情況下，將加速度計測量值根據(jù)機動加速度由無人機縱向或橫向機動產(chǎn)生分別進行補償；本發(fā)明成本低，可以不依賴GPS傳感器等任何輔助傳感器，僅利用加速度計測量信息進行自補償，尤其適用于低成本微慣性垂直陀螺儀；有利于提升后續(xù)多傳感器融合技術的姿態(tài)測量精度。

技術領域

本發(fā)明屬于航空飛行器控制技術領域，具體涉及一種高動態(tài)無人機的加速度計干擾加速度自補償方法。

背景技術

姿態(tài)測量系統(tǒng)是指利用慣性傳感器(陀螺儀、加速度計等)、處理器來測量運載體姿態(tài)角的系統(tǒng)。無人機在滑行和飛行過程中的大加速度機動時，無人機姿態(tài)測量系統(tǒng)中的加速度計測得的比力加速度中包含干擾加速度。對于姿態(tài)測量系統(tǒng)姿態(tài)解算來說，準確的加速度計測量信息是非常有必要的。如果采用的加速度信息包含了干擾加速度，則會影響其姿態(tài)解算的準確性，甚至造成飛行事故。

針對無人機干擾加速度的測量，目前通常是利用GPS接收機的數(shù)據(jù)來計算干擾加速度，然后進行干擾加速度補償反饋給姿態(tài)測量系統(tǒng)，但成本高、體積大、功耗高且維護復雜，不能滿足現(xiàn)代無人機姿態(tài)測量系統(tǒng)在低成本、小型化、低功耗、免維護等方面的要求。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有利用GPS接收機的數(shù)據(jù)來計算干擾加速度，然后進行干擾加速度補償反饋給姿態(tài)測量系統(tǒng)，但成本高、體積大、功耗高且維護復雜，不能滿足現(xiàn)代無人機姿態(tài)測量系統(tǒng)在低成本、小型化、低功耗、免維護等方面的要求的問題；本發(fā)明的目的在于提供一種高動態(tài)無人機的加速度計干擾加速度自補償方法。

本發(fā)明的一種高動態(tài)無人機的加速度計干擾加速度自補償方法，它的方法如下：

步驟一：為降低加速度計測量噪聲的影響，對加速度計進行一階低通濾波；

步驟二：以設定的采樣周期，進行四元數(shù)更新，并將更新后的四元數(shù)轉換成方向余弦矩陣通過方向余弦矩陣將載體坐標系下的加速度計輸出值轉換到導航坐標系下，得到f_E、f_N；

步驟三：比較三軸加速度計輸出模值與當?shù)刂亓铀俣萭，若滿足(β₁為預設加速度閾值)，則存在加速度機動；

步驟四：在滿足的基礎上，進一步對導航坐標系下的水平計算加速度的模值作如下判斷：

當(β₂為另一預設閾值)時，無加速度機動，不需要進行干擾加速度補償，這時可利用加速度進行姿態(tài)解算；

當時，可能有以下兩種情況：一是姿態(tài)陣中的姿態(tài)角較大，二是存在較大的水平加速度機動；

步驟五：若只在短時間存在，則存在短時的大加速度機動；若長時間存在，需結合陀螺儀輸出檢查載體是否在進行盤旋或拐彎運動，若不是盤旋或拐彎運動，則需利用水平加速度進行姿態(tài)修正；

步驟六：在判斷出存在大加速度機動情況下，通過以下公式將加速度計測量值根據(jù)機動加速度由無人機橫向或縱向機動產(chǎn)生分別進行補償：

其中，∝₁和∝₂分別為無人機在橫軸和縱軸進行機動加速度補償?shù)难a償常數(shù)，該常數(shù)大小由所采用的慣性傳感器精度和無人機機動狀況共同決定。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果為：

一、成本低，可以不依賴GPS傳感器等任何輔助傳感器，僅利用加速度計測量信息進行自補償，尤其適用于低成本微慣性垂直陀螺儀；