一种无人机仿地飞行控制方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种无人机仿地飞行控制方法及系统，方法包括：(1)获取无人机相对地面的实时相对高度H；(2)获取无人机的垂直速度V，所述垂直速度V为以海拔为基准的速度；(3)将实时相对高度H与垂直速度V进行数据融合滤波，融合后得到伪高度H

Ground flying control method and system for unmanned aerial vehicle

The invention relates to a UAV flight simulation system and control method. The method comprises the following steps: (1) to obtain the real-time UAV relative to the ground relative height of H; (2) to obtain the UAV vertical velocity V, the vertical velocity V for altitude reference speed; (3) the real-time relative height of H with the vertical velocity V for data fusion filtering, the fused pseudo height H

【技术实现步骤摘要】
一种无人机仿地飞行控制方法及系统
本专利技术涉及无人机
，具体涉及一种无人机仿地飞行控制方法及系统。
技术介绍
无人机是一种由无线电遥控设备或自身程序控制装置操纵的无人驾驶飞行器。目前，随着科技的发展，无人机技术日趋成熟，无人机以其速度快、操作灵活的特点被广泛应用。尤其在农业、林业植保方面，农用植保无人机相对于其它农用机具有巨大的优势。农业植保无人机的作业场地包括平原地带和地形起伏地带，地形起伏地带指丘陵地带、山地和梯田等，在进行作业过程中，为了使得药物均匀喷洒在作物上、提高作业效率，无人机与作业场地上所种植作物需要保持恒定的距离，即无人机随着地面起伏仿地作业，无人机始终与地面保持恒定的高度。现有无人机的仿地作业效果较差，难以适应地形起伏变化，一般采用GPS定高飞行，以恒定的海拔高度飞行作业，或者采用人工飞行，但是操作困难，而且受到视距影响，导致作业效率较低。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，提供一种地形适应性佳、能够根据地面起伏仿地作业，仿地效果较好且作业效率较高的无人机仿地飞行控制方法。解决上述技术问题，本专利技术提供了一种无人机仿地飞行控制方法，包括如下步骤：(1)获取无人机相对地面的实时相对高度H；(2)获取无人机的垂直速度V，所述垂直速度V为以海拔为基准的速度；(3)将实时相对高度H与垂直速度V进行数据融合滤波，融合后得到伪高度Hf，利用获取的所述伪高度进行无人机高度控制。更进一步，所述实时相对高度H获取的步骤如下：a)采用雷达或超声波获取无人机的测量高度h；b)采用存储历史数据和求平均值的方式对测量高度进行预处理；c)通过三轴加速度计获取无人机对象坐标系下的三轴加速度，结合无人机的姿态角信息进行坐标系变换，获得大地参考系下的垂直加速度a；d)通过互补滤波器将获取的测量高度h与加速度计获取的垂直加速度a进行数据融合滤波，从而获取无人机相对地面的实时相对高度H。更进一步，所述步骤d中互补滤波器的融合过程包括：通过积分算法对垂直加速度a进行积分获得高度信息h1，加速度积分公式为：测量高度h与加速度计获取的高度信息h1进行融合，从而获取无人机的实时相对高度H，融合公式：为更进一步，根据所述伪高度进行无人机高度控制的方法如下：将Hr、Hf、a和V输送给控制器，控制器控制输出Cs＝f(Hr,Hf,V,a)，其中Hr为高度指令，a为垂直加速度，f(·)为控制函数，Hr为人为设定的高度值。更进一步，所述步骤(2)中垂直速度V的获取方法为：无人机上的气压计或者GPS所获取的数据信息与加速度计所获取的数据信息进行融合后得到该垂直速度V。更进一步，采用互补滤波器进行步骤(3)的数据融合滤波。更进一步，所述步骤(3)中垂直速度V进行速度积分得到高度所述互补滤波器融合的方式为伪高度Hf＝(1-β1)h2+β1H，其中β1为滤波系数。基于上述本专利技术提供一种无人机仿地飞行控制系统，包括：测量单元，用以获取无人机相对地面的实时相对高度H；速度计算单元，用以获取无人机的垂直速度V，所述垂直速度V为以海拔为基准的速度；融合单元，用以将实时相对高度H与垂直速度V进行数据融合滤波，融合后得到伪高度Hf；控制输出单元，用以利用获取的所述伪高度进行无人机高度控制。更进一步，采用互补滤波器进行上述数据融合滤波。本专利技术的有益效果：本专利技术提供的无人机仿地飞行控制方法，能够使得无人机随着地面起伏调整飞行高度，在植保作业时，能够与植物保持恒定的距离，不仅提高了无人机的作业效率和植保喷洒效果，而且提升了无人机的环境适应能力。附图说明图1是本专利技术一实施例中的方法流程示意图；图2是本专利技术一实施例中的系统结构示意图；图3是本专利技术的一实施例中的控制器输入、输出示意图。具体实施方式现在将参考一些示例实施例描述本公开的原理。可以理解，这些实施例仅出于说明并且帮助本领域的技术人员理解和实施例本公开的目的而描述，而非建议对本公开的范围的任何限制。在此描述的本公开的内容可以以下文描述的方式之外的各种方式实施。如本文中所述，术语“包括”及其各种变体可以被理解为开放式术语，其意味着“包括但不限于”。术语“基于”可以被理解为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”可以被理解为“至少一个实施例”。术语“另一实施例”可以被理解为“至少一个其它实施例”。本领域技术人员能够明了，在飞行控制中，高度数据源通常有绝对高度和相对高度两种。绝对高度源包括气压计(本身可以感知大气压力，气压与高度存在数学关系)、GPS(接收机计算其与GPS卫星之间距离获得当前海拔高度)等，通常测量范围可达10000米；相对高度源有超声波、雷达(均通过对地发射特定波束，通过接收反馈波束计算相对距离等，通常测量距离<10米。本申请中仿地飞行中测量的是相对高度，即采用雷达或超声波获取无人机的相对高度(相对地面的高度)。图1是本专利技术一实施例中的方法流程示意图，本实施例中的一种无人机仿地飞行控制方法，包括如下步骤：步骤(S1)获取无人机相对地面的实时相对高度H；步骤(S2)获取无人机的垂直速度V，所述垂直速度V为以海拔为基准的速度；步骤(S3)将实时相对高度H与垂直速度V进行数据融合滤波，融合后得到伪高度Hf，利用获取的所述伪高度进行无人机高度控制。作为本实施例中的优选，所述实时相对高度H获取的步骤如下：a)采用雷达或超声波获取无人机的测量高度h；b)采用存储历史数据和求平均值的方式对测量高度进行预处理；c)通过三轴加速度计获取无人机对象坐标系下的三轴加速度，结合无人机的姿态角信息进行坐标系变换，获得大地参考系下的垂直加速度a；d)通过互补滤波器将获取的测量高度h与加速度计获取的垂直加速度a进行数据融合滤波融合，从而获取无人机相对地面的实时相对高度H。作为本实施例中的优选，所述步骤d中互补滤波器的融合过程包括：通过积分算法对垂直加速度a进行积分获得高度信息h1，加速度积分公式为：测量高度h与加速度计获取的高度信息h1进行融合，从而获取无人机的实时相对高度H，融合公式：为作为本实施例中的优选，根据所述伪高度进行无人机高度控制的方法如下：将Hr、Hf、a和V输送给控制器，控制器控制输出Cs＝f(Hr,Hf,V,a)，其中Hr为高度指令，a为垂直加速度，f(·)为控制函数。作为本实施例中的优选，所述步骤(2)中垂直速度V的获取方法为：无人机上的气压计或者GPS所获取的数据信息与加速度计所获取的数据信息进行融合后得到该垂直速度V。作为本实施例中的优选，采用互补滤波器进行步骤(3)的数据融合滤波。作为本实施例中的优选，所述步骤(3)中垂直速度V进行速度积分得到高度所述互补滤波器融合的方式为伪高度Hf＝(1-β1)h2+β1H，其中β1为滤波系数。数据融合滤波图3是本专利技术的一实施例中的控制器输入、输出示意图，作为本实施例中的优选，根据所述伪高度进行无人机高度控制的方法如下：将Hr、H<、a和V输送给控制器，控制器控制输出Cs＝f(Hr,Hf,V,a)，其中Hr为高度指令，a为加速度，f(·)为控制函数。图2是本专利技术一实施例中的系统结构示意图，本实施例中的一种无人机仿地飞行控制系统，包括：测量单元1，用以获取无人机相对地面的实时相对高度H；速度计算单元2，用以获取无人机的垂直速度V，所述垂直速度V为以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无人机仿地飞行控制方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)获取无人机相对地面的实时相对高度H；(2)获取无人机的垂直速度V，所述垂直速度V为以海拔为基准的速度；(3)将实时相对高度H与垂直速度V进行数据融合滤波，融合后得到伪高度H

【技术特征摘要】
1.一种无人机仿地飞行控制方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)获取无人机相对地面的实时相对高度H；(2)获取无人机的垂直速度V，所述垂直速度V为以海拔为基准的速度；(3)将实时相对高度H与垂直速度V进行数据融合滤波，融合后得到伪高度Hf，利用获取的所述伪高度进行无人机高度控制。2.根据权利要求1所述的无人机仿地飞行控制方法，其特征在于，所述实时相对高度H获取的步骤如下：a)采用雷达或超声波获取无人机的测量高度h；b)采用存储历史数据和求平均值的方式对测量高度进行预处理；c)通过三轴加速度计获取无人机对象坐标系下的三轴加速度，结合无人机的姿态角信息进行坐标系变换，获得大地参考系下的垂直加速度a；d)通过互补滤波器将获取的测量高度h与加速度计获取的垂直加速度a进行数据融合滤波，从而获取无人机相对地面的实时相对高度H。3.根据权利要求2所述的无人机仿地飞行控制方法，其特征在于，所述步骤d中互补滤波器的融合过程包括：通过积分算法对垂直加速度a进行积分获得高度信息h1，加速度积分公式为：测量高度h与加速度计获取的高度信息h1进行融合，从而获取无人机的实时相对高度H，融合公式为：4.根据权利要求3所述的无人机仿地飞行控制方法，其特征在于，根据所述伪高度进行无...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹亮亮，李少斌，张羽，
申请(专利权)人：上海拓攻机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31