一種無需加速度傳感器組合補(bǔ)償?shù)臒o人機(jī)升降率測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無需加速度傳感器組合補(bǔ)償?shù)臒o人機(jī)升降率測量方法。所述的升降率測量方法主要是針對當(dāng)前基于組合補(bǔ)償原理的無人機(jī)升降率測量方法存在對加速度傳感器信息過分依賴的弊端，一旦加速度傳感器測量精度下降或者失效，此時將難以提供具有相當(dāng)精度的升降率信息?；诖?，本發(fā)明構(gòu)造了一種僅依賴于無人機(jī)高度信息且具有級聯(lián)形式的非線性跟蹤微分器，同時采用“先預(yù)報，后微分”的原理來彌補(bǔ)升降率的相位損失，以此來解決缺少加速度傳感器配置或失效情況下的無人機(jī)升降率的測量問題。本發(fā)明可用于無人機(jī)的自動控制飛行，特別是在加速度傳感器失效等場合，將有利于提高飛行安全系數(shù)和高度控制精度。
【專利說明】一種無需加速度傳感器組合補(bǔ)償?shù)臒o人機(jī)升降率測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]發(fā)明涉及無人機(jī)飛行控制領(lǐng)域，具體地說，是指一種無需加速度傳感器組合補(bǔ)償?shù)臒o人機(jī)升降率測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前無人機(jī)升降率的測量通常采用無線電高度表輸出的升降率信息與加速度傳感器信息組合補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ鄳?yīng)的硬件配置稱為垂直速度傳感器，主要由無線電高度表、力口速度傳感器、限幅器以及濾波器等組成，其中無線電高度表是測量飛機(jī)到地面垂直距離的機(jī)載無線電設(shè)備，可以提供兩路數(shù)據(jù)輸出，一路為相對純凈的高度信息，一路為采用差分法計算得出的升降率信息，攜帶的噪聲強(qiáng)度較大，無法直接提供給飛控系統(tǒng)使用，因此在組合補(bǔ)償獲取升降率的過程中，必須對無線電高度表輸出的升降率信息限幅處理，特別是在無人機(jī)進(jìn)入跑道前的地面不平坦時，限幅措施尤為必要。設(shè)置濾波器的目的是抑制升降率信息的噪聲電平。因?yàn)V波器也時延了有用信號，故需采用加速度信號進(jìn)行補(bǔ)償。一旦加速度傳感器測量精度下降或者失效，基于組合補(bǔ)償原理的升降率測量方法將難以提供具有相當(dāng)精度的升降率信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，提出一種無人機(jī)升降率的測量方法，能夠在加速度傳感器測量精度下降或者失效的情況下提取升降率信息。
[0004]一種無需加速度傳感器組合補(bǔ)償?shù)臒o人機(jī)升降率測量方法，包括以下幾個步驟:
[0005]步驟一:由無線電高度表獲取當(dāng)前無人機(jī)的高度信息H(k)；
[0006]步驟二:將當(dāng)前無人機(jī)的高度信息H(k)送入第一級非線性跟蹤微分器，獲得升降率信息z2 (k)；
[0007]步驟三:將步驟二獲得的升降率信息z2(k)送入第二級非線性跟蹤微分器中，并采用先預(yù)報后微分的方法，獲得升降率信息Z3 (k)；
[0008]步驟四:飛行過程中針對無人機(jī)的高度信息H(k)，重復(fù)上述步驟得到升降率信息Z3 (k)并送入飛控系統(tǒng)中。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0010](I)與當(dāng)前基于組合補(bǔ)償原理相比，無需額外的硬件作支撐，簡化了硬件配置，縮減了相應(yīng)的成本開銷；
[0011](2)為加速度傳感器測量精度下降或失效的情況下提供了一種較魯棒的升降率測
量方法；
[0012](3)經(jīng)處理后的升降率信息可用于無人機(jī)的自動控制飛行，特別是在進(jìn)場著落、貼地、掠海飛行或地形規(guī)避等場合，會得到更高的控制精度，有利于飛行安全。
【專利附圖】

【附圖說明】[0013]圖1是本發(fā)明的方法流程圖；
[0014]圖2是實(shí)施例中現(xiàn)有的基于組合補(bǔ)償原理的升降率測量方法中加速度計失效和正常工作情況下所得的升降率信號；
[0015]圖3是本發(fā)明實(shí)施例中第一級非線性跟蹤微分器的輸出高度跟蹤信息Z1 (k)和升降率信息z2 (k)；
[0016]圖4是本發(fā)明實(shí)施例中第二級非線性跟蹤微分器的輸出升降率信息Z3(k)以及理想的升降率信息；
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0018]本發(fā)明的構(gòu)思是:考慮到無線電高度表輸出的兩路數(shù)據(jù)信息中，與升降率信息相t匕，高度信息相對純凈，可將其作為第一級非線性跟蹤微分器的輸入信號，由此產(chǎn)生高度的跟蹤和微分信息，這些信號的動態(tài)品質(zhì)可以通過加速度因子和濾波因子進(jìn)行調(diào)節(jié)，將產(chǎn)生的高度微分信息(即升降率信息)送入第二級非線性跟蹤微分器，進(jìn)行濾波以獲得較純凈的升降率信息，同時為避免升降率信息存在較大時延，采用該微分器輸出的微分信息(即加速度信息)，基于“先預(yù)報后微分”的原理對升降率信息進(jìn)行適當(dāng)?shù)仡A(yù)報與修正，整個方案的實(shí)現(xiàn)過程無需額外的硬件作支撐，僅利用了無線電高度表的高度信息。
[0019]本發(fā)明是一種無需加速度傳感器組合補(bǔ)償?shù)臒o人機(jī)升降率測量方法，如圖1所示，包括以下幾個步驟:
[0020]步驟一:由無線電高度表獲取當(dāng)前無人機(jī)的高度信息H(k)；
[0021]步驟二:將當(dāng)前無人機(jī)的高度信息H(k)送入第一級非線性跟蹤微分器，獲得升降率信息z2 (k)；
[0022]第一級非線性跟蹤微分器為:
【權(quán)利要求】
1.一種無需加速度傳感器組合補(bǔ)償?shù)臒o人機(jī)升降率測量方法，包括以下幾個步驟: 步驟一:由無線電高度表獲取當(dāng)前無人機(jī)的高度信息H(k)； 步驟二:將當(dāng)前無人機(jī)的高度信息H(k)送入第一級非線性跟蹤微分器，獲得升降率信息 z2 (k)； 第一級非線性跟蹤微分器為:
【文檔編號】G05D1/00GK103759761SQ201410020172
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月16日
【發(fā)明者】王宏倫, 邵星靈, 蘇子康, 向錦武 申請人:北京航空航天大學(xué)