基于旋翼转速的动力学模型辅助惯导的导航方法技术

本发明专利技术公开了基于旋翼转速的动力学模型辅助惯导的导航方法。首先采集惯导数据和旋翼转速；其次建立多旋翼飞行器气动阻力特性方程和动力学模型方程；然后构建导航系统的状态方程和量测方程；最后采用卡尔曼滤波器对导航系统的状态进行更新并实时输出姿态、速度信息。本发明专利技术解决了传统的动力学模型由于缺乏多旋翼飞行器的旋翼转速测量方案而影响导航精度的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于旋翼转速的动力学模型辅助惯导的导航方法
本专利技术属于飞行器导航方法，特别涉及了一种基于动力学模型辅助惯导的导航方法。
技术介绍
多旋翼飞行器具有结构简单、体积小、操控性好、垂直起降等特性，对不同环境具有良好的适应性。目前，其在农业播种、航空拍摄、气象监测、城市反恐、灾区救援、军事侦察等方面均已有广泛的应用，展现出广阔的前景。目前多数多旋翼飞行器导航系统所采取的方案是微机电惯导系统(Micro-electromechanicalSystemsInertialNavigationSystem，MEMSINS)/全球定位系统(GlobalPositionSystem，GPS)的组合导航系统。但是在GPS信号受干扰、丢失的情况下，采用该导航系统方案的多旋翼只能依靠单独的MEMSINS进行导航，而MEMSINS的误差会急剧发散，导致多旋翼失控，甚至坠毁。因此，为增强该组合导航系统的可靠性，亟需一种新型的导航方式在无GPS的情况下对惯导进行辅助。动力学模型辅助惯导是一种新型的自主导航方法，其最早应用于大型飞机。近年来，为提高多旋翼模型的准确性，国外参考直升机旋翼模型，引入气动阻力相关理论进本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于旋翼转速的动力学模型辅助惯导的导航方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采集机载传感器信息，包括三轴加速度计的输出、三轴陀螺仪的输出和各旋翼转速信息；(2)根据三轴加速度计的输出和各旋翼转速信息，建立飞行器的气动阻力特性方程；(3)根据三轴加速度计的输出、三轴陀螺仪的输出和各旋翼转速信息，建立飞行器的动力学模型方程；(4)根据步骤(3)建立的动力学模型方程，建立导航系统的状态方程；根据步骤(2)建立的气动阻力特性方程，建立导航系统的量测方程；(5)采用卡尔曼滤波器对导航系统的状态进行更新并实时输出姿态、速度信息。

【技术特征摘要】
1.基于旋翼转速的动力学模型辅助惯导的导航方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采集机载传感器信息，包括三轴加速度计的输出、三轴陀螺仪的输出和各旋翼转速信息；(2)根据三轴加速度计的输出和各旋翼转速信息，建立飞行器的气动阻力特性方程；(3)根据三轴加速度计的输出、三轴陀螺仪的输出和各旋翼转速信息，建立飞行器的动力学模型方程；(4)根据步骤(3)建立的动力学模型方程，建立导航系统的状态方程；根据步骤(2)建立的气动阻力特性方程，建立导航系统的量测方程；(5)采用卡尔曼滤波器对导航系统的状态进行更新并实时输出姿态、速度信息。2.根据权利要求1所述基于旋翼转速的动力学模型辅助惯导的导航方法，其特征在于：在步骤(2)中，所建立的飞行器的气动阻力特性方程：上式中，fx、fy为三轴加速度计x轴、y轴的输出，k1、k2为机体系x轴、y轴上的气动参数，ωi为飞行器第i个旋翼的转速，i＝1,2,…,l，l为旋翼总数，u、v为飞行器在机体系x轴、y轴上的线速度。3.根据权利要求3所述基于旋翼转速的动力学模型辅助惯导的导航方法，其特征在于：在步骤(3)中，首先根据三轴陀螺仪的输出计算飞行器在机体系x、y、z轴上的角速率p、q、r：上式中，θ、为飞行器的俯仰角和横滚角，为三轴陀螺仪x轴、y轴、z轴的输出；然后，根据角速率p、q、r建立飞行器的动力学模型方程：上式中，ω＝ω1+ω2+…+ωl，g为当地重力加速度。4.根据权利要求3所述基于旋翼转速的动力学模型辅助惯导的导航方法，其特征在于：在步骤(4)中，所建立的导航系统的卡尔曼滤波器状态方程：

【专利技术属性】
技术研发人员：包胜，赖际舟，吕品，陈文静，刘士超，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32