[發(fā)明專利]基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的旋翼無(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)風(fēng)速估計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011137516.2
• 申請(qǐng)日: 2020-10-22
• 公開（公告）號(hào): CN112269031B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李吉功;吳凱宏;楊靜;曾凡琳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)（中國(guó)職業(yè)培訓(xùn)指導(dǎo)教師進(jìn)修中心）
• 主分類號(hào): G01P5/00
• 分類號(hào): G01P5/00;G01C21/16;G01C21/20;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 杜文茹

1.一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的旋翼無(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)風(fēng)速估計(jì)方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)進(jìn)行標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，采集實(shí)驗(yàn)環(huán)境風(fēng)速和旋翼無(wú)人機(jī)的飛行姿態(tài)角度、速度、加速度及旋翼電機(jī)的輸入等效電壓，并測(cè)量旋翼無(wú)人機(jī)質(zhì)量；

2)根據(jù)旋翼無(wú)人機(jī)質(zhì)量、旋翼無(wú)人機(jī)的飛行姿態(tài)角度和加速度，計(jì)算機(jī)體坐標(biāo)系B下每個(gè)采樣時(shí)刻的總慣性力矢量；

所述的機(jī)體坐標(biāo)系B下每個(gè)采樣時(shí)刻的總慣性力矢量A為：

其中，m為旋翼無(wú)人機(jī)質(zhì)量，為機(jī)體坐標(biāo)系B下旋翼無(wú)人機(jī)的加速度矢量；G為重力加速度矢量，表示為G＝[0,0,-g]^T，是已知常量；表示慣性坐標(biāo)系I到機(jī)體坐標(biāo)系B的旋轉(zhuǎn)矩陣：

其中，定義為旋翼無(wú)人機(jī)的姿態(tài)，φ為俯仰角，θ為橫滾角，ψ為偏航角；

3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)環(huán)境風(fēng)速、旋翼無(wú)人機(jī)的飛行姿態(tài)角度和速度計(jì)算機(jī)體坐標(biāo)系下每個(gè)采樣時(shí)刻的旋翼無(wú)人機(jī)空速矢量；

4)將機(jī)體坐標(biāo)系下每個(gè)采樣時(shí)刻的旋翼無(wú)人機(jī)空速矢量作為輸出，旋翼電機(jī)的輸入等效電壓和機(jī)體坐標(biāo)系下每個(gè)采樣時(shí)刻的總慣性力矢量作為輸入，對(duì)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，訓(xùn)練完成后保存訓(xùn)練好的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；

5)將實(shí)時(shí)采集的旋翼無(wú)人機(jī)飛行姿態(tài)角度、加速度計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻機(jī)體坐標(biāo)系下的總慣性力矢量，將計(jì)算的總慣性力矢量和采集的旋翼電機(jī)的輸入等效電壓作為訓(xùn)練好的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，獲得當(dāng)前時(shí)刻機(jī)體坐標(biāo)系下旋翼無(wú)人機(jī)空速矢量的估計(jì)值

6)根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻機(jī)體坐標(biāo)系下旋翼無(wú)人機(jī)空速矢量的估計(jì)值以及當(dāng)前時(shí)刻旋翼無(wú)人機(jī)的飛行姿態(tài)角度、速度，計(jì)算出當(dāng)前時(shí)刻的環(huán)境風(fēng)速矢量的估計(jì)值；

所述的當(dāng)前時(shí)刻的環(huán)境風(fēng)速矢量u的估計(jì)值由下式計(jì)算：

其中，為旋翼無(wú)人機(jī)的地速矢量，由常規(guī)的機(jī)載GPS單元獲得；為當(dāng)前時(shí)刻機(jī)體坐標(biāo)系下旋翼無(wú)人機(jī)空速矢量的估計(jì)值；表示機(jī)體坐標(biāo)系B到慣性坐標(biāo)系I的旋轉(zhuǎn)矩陣，由下式進(jìn)行計(jì)算：

其中，表示慣性坐標(biāo)系I到機(jī)體坐標(biāo)系B的旋轉(zhuǎn)矩陣。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的旋翼無(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)風(fēng)速估計(jì)方法，其特征在于，其特征在于，步驟1)中：

標(biāo)定實(shí)驗(yàn)中采用的風(fēng)速儀離旋翼無(wú)人機(jī)位置小于6m，風(fēng)速儀安裝在無(wú)人機(jī)的上風(fēng)向。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的旋翼無(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)風(fēng)速估計(jì)方法，其特征在于，步驟3)中：

在旋翼無(wú)人機(jī)的飛行過程中，無(wú)人機(jī)處的風(fēng)速矢量u與無(wú)人機(jī)的空速矢量v、地速矢量三者之間的關(guān)系用速度三角形表示，無(wú)人機(jī)的地速矢量風(fēng)速矢量u和空速矢量v三者之間的關(guān)系為：

因此，機(jī)體坐標(biāo)系下旋翼無(wú)人機(jī)空速矢量B為：

其中，表示慣性坐標(biāo)系I到機(jī)體坐標(biāo)系B的旋轉(zhuǎn)矩陣，為旋翼無(wú)人機(jī)的地速矢量，u為無(wú)人機(jī)處的風(fēng)速矢量。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的旋翼無(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)風(fēng)速估計(jì)方法，其特征在于，步驟4)中所述的旋翼電機(jī)的輸入等效電壓為U_i，i＝1,2,3,…,N，N為旋翼無(wú)人機(jī)的旋翼個(gè)數(shù)，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。