基于高度平滑切换的无人机鲁棒解决方法技术

本发明专利技术涉及无人机领域，尤其涉及一种基于高度平滑切换的无人机鲁棒解决方法。本发明专利技术设计的基于高度平滑切换的无人机鲁棒解决方法，将超声波或雷达测高模块与气压测高模块的量测量进行平滑切换，然后进行最优估计，得出无人机的飞行高度，这样有助于无人机在飞行过程中更加的稳定可靠。

【技术实现步骤摘要】
基于高度平滑切换的无人机鲁棒解决方法
本专利技术涉及无人机领域，尤其涉及一种基于高度平滑切换的无人机鲁棒解决方法。
技术介绍
多旋翼无人机的高度稳定测量是多旋翼无人机高度方向控制性能好坏的重要基础，对于绝大多数多旋翼无人机，其高度测量系统通常包括了如下几种重要的高度测量信息来源如：超声波或雷达测高模块提供的相对高度、气压计高度计提供的气压高度以及MEMS惯性导航系统提供的高度方向短时位移。由于以上传感器都存在一定的不足或缺陷，无法在所有情况下单独完成对于多旋翼无人机高度的高精度可靠测量，因此，如何有效融合以上三种传感器单元的输出信息使得多旋翼无人机的高度测量达到一个更好的精度和稳定性是多旋翼无人机高度方向控制性能提升所亟待解决的重要问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供基于高度平滑切换的无人机鲁棒解决方法，鉴于上述问题，它弥补了上述的缺陷并提供以下优点：基于高度平滑切换的无人机鲁棒解决方法，其中，包括：预设所述无人机测高模块的测高范围值，对所述无人机测高模块采集的高度值与测高范围值进行对比，剔除不在测高范围值内的高度值；对剔除后的高度值进行中值滤波处理得到平滑切换后的无人机相对高度值；对平滑切换后的无人机相对高度值进行最优估计，以得出所述无人机的飞行高度。上述的方法，其中，测高模块包括超声波测高模块和/或雷达测高模块和气压高度计测高模块。上述的方法，其中，所述方法还包括：通过平滑切换后的无人机相对高度值的二次差分获得所述无人机垂直方向的加速度模值，并将所述加速度模值与预先设定垂直方向加速度阈值进行对比，判断并计算出所述无人机的高度偏移量。上述的方法，其中，将所述加速度模值与预先设定垂直方向加速度阈值进行对比，根据比对结果进行判断所述无人机获得的高度信息是通过所述超声波测高模块和/或所述雷达测高模块和/或所述气压高度计测高模块采集的；若是通过所述超声波测高模块或所述雷达测高模块采集的，则根据所述无人机获得的高度信息与所述气压高度计测高模块输出的气压高度信息进行计算得出所述无人机高度偏移量；若是通过所述气压高度计测高模块采集的，则根据所述气压高度计测高模块输出的气压高度信息与所述超声波测高模块或所述雷达测高模块输出的高度信息滤波值进行计算得出所述无人机高度偏移量。上述的方法，其中，所述方法还包括：通过MEMS导航系统采集所述无人机的惯性测量单元的数据，结合平滑切换后的无人机相对高度值进行最优估计，以得出无人机的飞行高度。上述的方法，其中，对平滑切换后的无人机相对高度值进行卡尔曼滤波的最优估计，以得出所述无人机的精确高度值。综上所述，本专利技术公开设计的基于高度平滑切换的无人机鲁棒解决方法，在多旋翼无人机的正常飞行过程中，受多旋翼无人机的重量、动力极限与控制包络设置的限制，正常飞行过程中多旋翼无人机的运动加速度包含在一定数值范围内并且不存在大幅度的突变，这样有助于无人机在飞行过程中更加的稳定可靠。附图说明参考所附附图，以更加充分的描述本专利技术的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本专利技术范围的限制。图1是本专利技术的高度突变干扰情况下的高度量测信息平滑切换流程图。图2是本专利技术的基于卡尔曼滤波的高度最优估计流程图。具体实施方式下面结合附图和具体的实施例对本专利技术作进一步的说明，但是不作为本专利技术的限定。无人飞行器中为了更好的融合超声波测高传感器、雷达测高传感器、气压高度计测高传感器和MEMS导航系统，最终得到对多旋翼无人机高度的稳定估计信息，我们有必要对以上三类高度传感器测量单元的测量特性和使用范围进行详细的分析和对比。超声波或雷达测高模块：此类测量模块一般安装在多旋翼无人机的底部，通过对地发射、接收超声波或电磁波的形式测量多旋翼无人机在空中相对地面反射物的相对高度，其优点是测量重复性好、分辨率高，缺点是测量范围有限(一般不大于10米)，存在测量死区(小于0.3m的测量高度不准确)，测量高度稳定性与地面平坦程度和地面反射超声波或电磁波的强弱有关，因此，测量高度可能存在跳变或异常测量值。气压高度计：此类高度传感器模块，其一般安装在多旋翼无人机的内部电路板中，通过测量不同高度变化对应的气压差异输出多旋翼的飞行高度信息。其优点是测量范围广，与所处飞行环境下方的物体无关。但气压计所测量的气压高度很容易受到室外温度、湿度以及多旋翼无人机飞行或风产生的相对气流的影响。因此，其对多旋翼无人机高度的测量重复性较差，抗气流干扰能力差。MEMS惯性导航系统：此类传感器作为多旋翼无人机的重要传感器单元，一般安装在多旋翼的特殊减震装置中，其通过测量多旋翼无人机的三轴角速率和加速度信息，然后进行多次积分运算获取多旋翼无人机在高度方向的位移变化量，其优点是抗干扰能力强，不收地面反射物和气流干扰的影响，缺点是由于MEMS传感器的精度较差，使得通过其输出角速率和加速度积分获得的多旋翼无人机高度信息存在随时间快速发散，长时间测量精度较差的问题。现有多旋翼无人机的高度融合算法一般以MEMS导航系统作为状态递推信息来源，估算不同时刻多旋翼无人机的高度位移变化量，然后再与超声波测高/雷达或气压高度计分别采用互补滤波或卡尔曼滤波模型进行融合。然而这种传统的融合模式将得到两个高度信息，一个是由MEMS导航系统与超声波测高/雷达融合得到的相对地面的相对高度；另一个是由MEMS导航系统与气压高度计融合得到的气压高度信息。但是，让多旋翼无人机在近地面环境飞行时，由于相对高度信息与气压高度信息之间差异以及地面高度的突变将给多旋翼无人机的高度估计带来极大的困扰，特别是，当多旋翼无人机在室内飞行时，由于室内家具、沙发、桌椅等物体导致的相对高度测出现突变，由于此时多旋翼无人机多处于高度稳定控制模式，相对高度信息异常波动将被无人机误认为是多旋翼无人机的高度变化，这将引起无人机高度控制的异常窜高或掉高现象，严重干扰多旋翼无人机的高度控制稳定，影响飞行安全，极端情况下将造成多旋翼无人机的坠毁或失控。本专利技术设计的基于高度平滑切换的无人机鲁棒解决方法，具体的涉及了：首先是预设无人机测高模块的测高范围值，这个范围值是对相对的一个标准，然后将无人机测高模块采集的高度值与测高范围值进行对比，剔除不在测高范围值内的高度值；进一步是将剔除后的高度值进行中值滤波处理得到平滑切换后的无人机相对高度值；进一步是对平滑切换后的无人机相对高度值进行最优估计，进而得出无人机的飞行数据。在本申请中，测高模块是指的超声波测高模块和/或雷达测高模块和/或气压高度计测高模块。通过平滑切换后的无人机相对高度值的二次差分获得无人机的垂直方向上的加速度模值，并将该加速度模值与预先设定垂直方向上的加速度阈值进行对比，根据比对结果进行判断无人机获得的高度信息是通过超声波测高模块和/或雷达测高模块和/或气压高度计测高模块采集的；若是通过超声波测高模块或雷达测高模块采集的，则根据该无人机获得的高度信息与气压高度计测高模块输出的气压高度信息进行计算得出无人机高度便宜量；若是通过气压高度计测高模块采集的，则根据起亚高度计测高模块输出的气压高度信息与超声波测高模块或雷达测高模块输出的高度信息滤波值进行计算得出无人机高度偏移量。最后通过MEMS导航系统采集的无人机惯性测量单元的数据，对平滑切换后的无人机相对高度值进行卡尔本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于高度平滑切换的无人机鲁棒解决方法，其特征在于，包括：预设所述无人机测高模块的测高范围值，对所述无人机测高模块采集的高度值与测高范围值进行对比，剔除不在测高范围值内的高度值；对剔除后的高度值进行中值滤波处理得到平滑切换后的无人机相对高度值；对平滑切换后的无人机相对高度值进行最优估计，以得出所述无人机的飞行高度。

【技术特征摘要】
1.基于高度平滑切换的无人机鲁棒解决方法，其特征在于，包括：预设所述无人机测高模块的测高范围值，对所述无人机测高模块采集的高度值与测高范围值进行对比，剔除不在测高范围值内的高度值；对剔除后的高度值进行中值滤波处理得到平滑切换后的无人机相对高度值；对平滑切换后的无人机相对高度值进行最优估计，以得出所述无人机的飞行高度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，测高模块包括超声波测高模块和/或雷达测高模块和气压高度计测高模块。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：通过平滑切换后的无人机相对高度值的二次差分获得所述无人机垂直方向的加速度模值，并将所述加速度模值与预先设定垂直方向加速度阈值进行对比，判断并计算出所述无人机的高度偏移量。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将所述加速度模值与预先设定垂直方向加速度阈值进行对比，根据比对结...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕印新，贾文峰，杭义军，邢丽，
申请(专利权)人：极翼机器人上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31