[發(fā)明專利]一種基于UKF濾波的旋翼飛行器雙冗余組合導(dǎo)航方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111490478.3
• 申請(qǐng)日: 2021-12-08
• 公開（公告）號(hào): CN114415702A
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳永華;王少文;袁全;文樂;劉軍利;黃朝鵬;郭強(qiáng);李瑜冬;王阿園
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華能陜西子長(zhǎng)發(fā)電有限公司
• 主分類號(hào): G05D1/08
• 分類號(hào): G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 西安文盛專利代理有限公司 61100
• 代理人: 佘文英

本發(fā)明屬于無人機(jī)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種基于UKF濾波的旋翼飛行器雙冗余組合導(dǎo)航方法，包括以下步驟：在飛行控制系統(tǒng)上安裝兩套不同型號(hào)的傳感器，根據(jù)傳感器的類型需要進(jìn)行不同的配置與布局；飛行控制系統(tǒng)的CPU同時(shí)采集兩套不同型號(hào)的傳感器數(shù)據(jù)，對(duì)旋翼飛行器組合導(dǎo)航系統(tǒng)建立模型；通過序貫UKF濾波算法得到旋翼飛行器組合導(dǎo)航系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無人機(jī)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，涉及無人機(jī)的組合導(dǎo)航算法。

背景技術(shù)

旋翼無人機(jī)在越來越多的領(lǐng)域得到了很好的應(yīng)用，如風(fēng)電巡檢，智慧城市，交通監(jiān)控等。在廣泛的應(yīng)用過程中，對(duì)旋翼無人機(jī)的飛行穩(wěn)定性有了更高的要求，不管是旋翼無人機(jī)的飛行控制還是導(dǎo)航位姿解算，都提出很高的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于UKF濾波的旋翼飛行器雙冗余組合導(dǎo)航方法，使用UKF濾波器能比Kalman傳感器濾波估計(jì)更精確，方差更小。

本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種基于UKF濾波的旋翼飛行器雙冗余組合導(dǎo)航方法，包括以下步驟：

步驟一、在飛行控制系統(tǒng)上安裝兩套不同型號(hào)的傳感器，根據(jù)傳感器的類型需要進(jìn)行不同的配置與布局，兩套不同型號(hào)的傳感器包括但不限于至少兩片IMU、兩片磁羅盤、兩片氣壓計(jì)、兩個(gè)GNSS；

步驟二、飛行控制系統(tǒng)的CPU同時(shí)采集兩套不同型號(hào)的傳感器數(shù)據(jù)，對(duì)旋翼飛行器組合導(dǎo)航系統(tǒng)建立模型；

步驟三、通過序貫UKF濾波算法得到旋翼飛行器組合導(dǎo)航系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)值。

本發(fā)明各關(guān)鍵傳感器均使用兩套不同的型號(hào)，結(jié)合序貫UKF濾波器進(jìn)行組合導(dǎo)航位姿解算，得到無人機(jī)的位姿。即使某一傳感器在飛行過程中出現(xiàn)故障，本方法也能使旋翼無人機(jī)位姿解算不出錯(cuò)，進(jìn)而降低飛行事故概率，保證飛行安全。

附圖說明

圖1是兩片磁羅盤的布置示意圖。

具體實(shí)施方式

步驟一，關(guān)鍵傳感器的配置與布置

機(jī)場(chǎng)無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)布置的典型傳感器有：

①慣性測(cè)量元件，IMU；

②磁羅盤；

③GNSS，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)；

④氣壓高度計(jì)；

⑤毫米波雷達(dá)；

⑥雙目視覺傳感器。

本專利的重點(diǎn)為算法，因此我們僅以①～④傳感器為例對(duì)傳感器布局進(jìn)行說明，分別在飛行控制系統(tǒng)硬件上安裝兩套不同型號(hào)的①～④傳感器，根據(jù)傳感器的類型需要進(jìn)行不同的布局。下面分別介紹。

IMU器件布局

兩片IMU可以并排平行布置，這種布置結(jié)構(gòu)無法檢測(cè)由于IMU數(shù)據(jù)飄逸引起的故障，本發(fā)明兩片IMU呈現(xiàn)60角度安裝，即主IMU與備份IMU三個(gè)軸相差60deg，可以檢測(cè)IMU數(shù)據(jù)飄逸。

磁羅盤器件布局

兩片磁羅盤在同一平面并行布置，飛行控制系統(tǒng)的CPU同時(shí)采集兩片磁羅盤數(shù)據(jù)即可，布置示意圖如1所示。

氣壓計(jì)器件布局

將兩個(gè)氣壓計(jì)在同一平面并行布置，飛行控制系統(tǒng)的CPU同時(shí)采集兩片氣壓計(jì)數(shù)據(jù)即可。

GNSS器件布局

與磁羅盤和氣壓計(jì)的布局類似，只需要將兩個(gè)GNSS器件在同一平面并行布置即可，飛行控制系統(tǒng)的CPU同時(shí)采集兩個(gè)GNSS數(shù)據(jù)即可。

步驟二、對(duì)旋翼飛行器組合導(dǎo)航系統(tǒng)建立模型；