[發(fā)明專(zhuān)利]一種無(wú)人機(jī)當(dāng)前風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量方法及裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110554061.2
• 申請(qǐng)日: 2021-05-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113281531A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭金;戶(hù)艷鵬;丁小苗;賈瑞龍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01P5/00
• 分類(lèi)號(hào): G01P5/00;G01P5/16;G01P13/02
• 代理公司: 北京市廣友專(zhuān)利事務(wù)所有限責(zé)任公司 11237
• 代理人: 張仲波;付忠林

本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)人機(jī)當(dāng)前風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量方法及裝置，該方法包括：獲取無(wú)人機(jī)的地速的大小和方向及空速的大小和方向；其中，空速的大小基于空速管測(cè)得，且空速管的橫截面積沿氣流入口至氣流出口的方向逐漸收縮；基于地速及空速進(jìn)行矢量差運(yùn)算，得到水平方向的風(fēng)速大小和方向；通過(guò)無(wú)人機(jī)不同的爬升率與實(shí)際高度變化計(jì)算出垂直方向的風(fēng)速大小和方向；基于水平方向風(fēng)速及垂直方向風(fēng)速進(jìn)行矢量運(yùn)算，得到當(dāng)前飛行環(huán)境的風(fēng)速大小和方向。本發(fā)明可在無(wú)人機(jī)低速飛行中實(shí)時(shí)精確測(cè)量無(wú)人機(jī)飛行環(huán)境的風(fēng)場(chǎng)大小和方向，以便及時(shí)地對(duì)飛行航跡作出調(diào)整，增大飛行安全性，具有很強(qiáng)的工程應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無(wú)人機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種無(wú)人機(jī)當(dāng)前風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量方法及裝置。

背景技術(shù)

太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)具有巡航時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，可跨晝夜甚至跨周飛行，同時(shí)其飛行高度高，隨著儲(chǔ)能電池技術(shù)的不斷進(jìn)步，具有廣闊的發(fā)展前景。

目前，太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)進(jìn)入臨近空間的方式主要是依靠跑道自主爬升，其飛行速度低，通常在30-70km/h，由此導(dǎo)致目前的空速測(cè)量方式精度差，在對(duì)流層爬升段受風(fēng)場(chǎng)影響極易造成無(wú)人機(jī)失速。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種無(wú)人機(jī)當(dāng)前風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量方法及裝置，以解決針對(duì)無(wú)人機(jī)飛行空速小的情況，現(xiàn)有技術(shù)對(duì)風(fēng)速風(fēng)向的測(cè)量存在精度差的技術(shù)問(wèn)題。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

一方面，本發(fā)明提供了一種無(wú)人機(jī)當(dāng)前風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量方法，包括：

獲取無(wú)人機(jī)的地速的大小和方向及空速的大小和方向；其中，地速的大小通過(guò)無(wú)人機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)測(cè)得，地速的方向?yàn)闊o(wú)人機(jī)的航跡方向；空速的方向?yàn)闊o(wú)人機(jī)的機(jī)頭方向，空速的大小基于空速管測(cè)得，且所述空速管的橫截面積沿氣流入口至氣流出口的方向逐漸收縮，以對(duì)進(jìn)入空速管的氣流進(jìn)行加速；

基于獲取的無(wú)人機(jī)的地速的大小和方向及空速的大小和方向，進(jìn)行矢量差運(yùn)算，計(jì)算出無(wú)人機(jī)飛行環(huán)境的水平方向的風(fēng)速大小和方向；

通過(guò)無(wú)人機(jī)不同的爬升率與各爬升率下無(wú)人機(jī)單位時(shí)間內(nèi)的實(shí)際高度變化，計(jì)算出無(wú)人機(jī)飛行環(huán)境的垂直方向的風(fēng)速大小和方向；

基于計(jì)算出的水平方向的風(fēng)速大小和方向及垂直方向的風(fēng)速大小和方向，進(jìn)行矢量運(yùn)算，得到無(wú)人機(jī)當(dāng)前飛行環(huán)境的風(fēng)速大小和方向。

進(jìn)一步地，空速大小的測(cè)量過(guò)程，包括：

對(duì)經(jīng)過(guò)所述空速管加速后的總壓孔氣流和靜壓孔氣流進(jìn)行測(cè)量，得到加速后的總壓和靜壓，并計(jì)算出加速后的總壓和靜壓的壓力差；

通過(guò)所述空速管的氣流入口和氣流出口的面積比對(duì)計(jì)算出的壓力差進(jìn)行修正，得到真實(shí)的總壓和靜壓的壓力差，并基于真實(shí)的壓力差計(jì)算出空速大小。

進(jìn)一步地，所述通過(guò)無(wú)人機(jī)不同的爬升率與各爬升率下無(wú)人機(jī)單位時(shí)間內(nèi)的實(shí)際高度變化，計(jì)算出無(wú)人機(jī)飛行環(huán)境的垂直方向的風(fēng)速大小和方向，包括：

操控?zé)o人機(jī)進(jìn)入爬升階段，設(shè)置爬升率，通過(guò)測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)無(wú)人機(jī)的實(shí)際高度變化來(lái)計(jì)算無(wú)人機(jī)飛行環(huán)境的垂直方向的風(fēng)速大小和方向；

改變爬升率再次測(cè)量垂直方向的風(fēng)速大小和方向；將不同爬升率下測(cè)得的垂直方向的風(fēng)速大小和方向取平均值，得到最終的垂直方向的風(fēng)速大小和方向。

進(jìn)一步地，所述無(wú)人機(jī)的機(jī)頭方向通過(guò)無(wú)人機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)測(cè)得。

另一方面，本發(fā)明還提供了一種無(wú)人機(jī)當(dāng)前風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量裝置，包括：

地速及空速信息獲取模塊，用于獲取無(wú)人機(jī)的地速的大小和方向及空速的方向；其中，地速的大小通過(guò)無(wú)人機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)測(cè)得，地速的方向?yàn)闊o(wú)人機(jī)的航跡方向；空速的方向?yàn)闊o(wú)人機(jī)的機(jī)頭方向；