[發明專利]雷場探測飛行的實時地形地貌跟隨方法

在審

• 申請號: 202211217646.6
• 申請日: 2022-10-05
• 公開（公告）號: CN115576337A
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發明（設計）人: 黃采倫;張磊;梁寧寧;方虎威;趙延明;唐博;陳曉犇;張一涵
• 申請（專利權）人: 湖南科技大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05D1/10;B64C39/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種雷場探測飛行的實時地形地貌跟隨方法，包括測量值初始融合、實時高度融合、飛行控制三個階段，用于由飛控MCU、姿態感知模塊、地形地貌跟隨模塊、地空通信模塊、動力子系統、機載雷場探測子系統、電源模塊組成的雷場探測無人機系統。本發明的有益效果在于：采用多傳感器協同監測的方案，通過對測量值可信度評估、修正與高度對齊的處理方式，提升數據的準確性和可靠性；采用基于傳感器高度測量支持度的飛行高度融合方法動態分配融合權重，降低了數據的冗余度，使得融合數據更加精確，有效的解決了野外雷場因地形結構復雜、大量茂密植被覆蓋引起的傳感器干擾等問題。

技術領域

本發明涉及一種無人機定高飛行方法，尤其涉及一種采用多傳感器數據融合的雷場探測飛行的實時地形地貌跟隨方法。

背景技術

雷場曾是主戰場的前沿陣地，因其危險性而長期荒廢閑置，大多生長著茂密的植被且地形結構復雜，這給探排雷工作帶來了很大的難度。隨著探雷技術的不斷進步以及無人機控制技術的飛速發展，以無人機為應用平臺搭載探雷系統進行野外雷場探測的方式逐漸成為一種新的研究方向。在雷場探測飛行中，為實現雷場目標的可靠探測、準確識別和精確定位，探測無人機需與探測區域地形地貌保持恒定高度飛行，這就對無人機實時地形地貌跟隨飛行技術提出了更高的要求。

無人機實時地形地貌跟隨飛行技術實現的核心環節是對無人機地形地貌跟隨飛行高度監測，目前地形地貌檢測主要采用激光雷達、超聲波測距和視覺等傳感器檢測方案實現，但實際應用效果和環境兼容性較差；一方面，多數無人機僅搭載單一傳感器進行地形地貌檢測，存在單參數檢測固有的不確定性，由于野外環境復雜多變，干擾因素眾多，一旦傳感器出現故障，飛行的安全性和穩定性便無法保證；另一方面，單一傳感器檢測方案會不同程度的受天氣和環境因素影響，如激光雷達存在有對植被反射效果差，測量誤差大的問題，視覺測量質量對環境光強度具有極大依賴性，常會出現測量精度低、質量差的問題從而影響飛行安全。針對多傳感器數據融合目前常用方法為Kalman 濾波方法、神經網絡方法、互補濾波等方法，主要存在以下幾方面問題：（1）實時性差，數據更新主要依賴于傳感器更新頻率，從而造成更新速率較慢，此外，融合后數據缺失速度和加速度成分，輸出數據較實際運動狀態存在一定的滯后且動態性能較差；（2）精度低，在野外復雜地形環境下，現有傳感器方案常因其本身測量特性而造成誤差大、易受干擾，從而造成融合數據精度低、質量較差；（3）缺少對傳感器檢測值的修正與評估處理，易在融合過程中引入大量誤差，造成融合數據異常；（4）傳感器數據冗余度高，并不能充分發揮傳感器的優勢，且因算法復雜，占據大量運算資源，融合數據收斂慢，融合效率低。

綜上所述，為適應雷場復雜地形地貌的探測飛行，避免雷場茂密植被對定高飛行的影響，如何根據多傳感器監測方案設計出滿足無人機地形地貌跟隨飛行實時性、精度、效率要求的多源高度融合方法成為當前亟待解決的問題。一方面，多源高度融合方法要能夠滿足數據融合的實時性要求，降低融合過程的運算量，提高融合效率和精度；另一方面，多源高度融合方法應在如何利用多源高度信息以及對檢測數據可靠性評估及修正等問題上展開研究，以達成優勢互補、協同監測的目的。因此研究一種穩定高效、滿足實時性和精度要求的雷場探測飛行的實時地形地貌跟隨方法是十分必要的。

發明內容

為了克服上述技術問題，本發明一種雷場探測飛行的實時地形地貌跟隨方法。