无人机磁异常检测系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种无人机磁异常检测系统及方法，其中的方法包括：获得无人机的期望航向角、无人机当前的三轴磁数据和无人机当前水平姿态信息；根据三轴磁数据和水平姿态信息计算磁航向角；根据磁航向角与期望航向角的差值与预设差值阈值的比较结果调整无人机的飞行模式。其可监测无人机磁干扰情况和提升无人机飞行的安全性。

【技术实现步骤摘要】
无人机磁异常检测系统及方法
本专利技术涉及无人机
，特别是涉及无人机磁异常检测系统及方法。
技术介绍
多旋翼无人机的控制方法很多时候都是根据位置需求按照一定的控制算法分解得到各个电机的转速。当然，各个电机的转速产生的拉力合成出相应的总升力以及三个轴的转动力矩与期望的总拉力以及三个轴期望的转动力矩对应，其中转动力矩是用于调整姿态，在姿态调整稳定后，总拉力提供飞行动力。然而，在位置控制模式中，位置需求一般是针对地理坐标系的，而需要控制的电机则是在体坐标系下，这就涉及到了地理坐标系到体坐标系的信息转换问题，且一般都是通过姿态矩阵完成。当航向角正确时，地理坐标系下的位置信息转换到体坐标系下的电机控制信息就正确无误，因为姿态矩阵正确。但是当遇到磁干扰时，上述转换过程就会出错，其原因是信息转换需要用到的姿态矩阵中的航向信息来源于磁罗盘的错误航向角。磁罗盘的错误航向角会导致错误的姿态矩阵，接着导致电机转速分配出错，实际姿态与预期姿态不一致，进一步导致飞行路线偏离正确的路线，最终可能导致炸机。因此，对于多旋翼植保无人机，需要对其磁干扰情况进行实时监控，避免炸机。国内已公开的涉及磁干扰识别相近的文献[郝振海，杨新勇，黄圣国.基于差分磁罗盘的动态干扰识别技术[J].西南交通大学学报，2010年6月:445-450.]，为解决城市交通中低频动态磁场对磁罗盘的干扰问题，设计了基于差分磁罗盘和速率陀螺的组合航向系统.其基本原理是，当差分磁罗盘检测出动态低频干扰时,系统切换至陀螺工作方式。将磁场强度误差及其变化率、差分磁罗盘相对航向差及其变化率作为特征参数，提出了基于阈值判断-模糊c-均值分类的两级差分磁罗盘动态罗差识别技术。文献的缺点在于：如果两个磁罗盘受到的干扰几乎一样，则效果将大打折扣。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的一个目的是要提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的无人机磁异常检测系统及方法。本专利技术一个进一步的目的是监测无人机磁干扰情况和提升无人机飞行的安全性。根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供了一种无人机磁异常检测方法，包括：获得无人机的期望航向角、无人机当前的三轴磁数据和无人机当前水平姿态信息；根据三轴磁数据和水平姿态信息计算磁航向角；根据磁航向角与期望航向角的差值与预设差值阈值的比较结果调整无人机的飞行模式。可选地，根据三轴磁数据和水平姿态信息计算磁航向角的步骤包括：根据水平姿态信息计算姿态转换矩阵；根据姿态转换矩阵和三轴磁测量数据计算地理坐标系下的三轴磁分量数据；根据三轴磁分量数据计算磁航向角。可选地，根据磁航向角与期望航向角的差值与预设差值阈值的比较结果调整无人机的飞行模式的步骤包括：若差值大于预设差值阈值，偏差次数累加一次，若差值小于或等于预设差值阈值，偏差次数清零；若连续偏差次数大于预设连续偏差次数阈值，则输出磁异常报警信息，调整无人机的飞行模式为定高模式。可选地，检测方法还包括：获取无人机的期望航线数据和无人机实际飞行的定位位置数据；根据期望航线数据与定位位置数据调整无人机的飞行模式。可选地，根据期望航线数据与三维定位数据调整无人机的飞行模式的步骤包括：实时计算无人机的定位位置与期望航线的三维空间距离；若三维空间距离大于预设距离阈值，输出磁异常报警信息，调整无人机的飞行模式为定高模式。根据本专利技术另一个方面，还提供了一种无人机磁异常检测系统，包括：期望航向角测定单元，配置为测量无人机的期望航向角；磁罗盘，配置为测量无人机的三轴磁数据；姿态信息测量装置，配置为测量无人机的水平姿态信息；计算单元，配置为根据三轴磁数据和水平姿态信息计算磁航向角；第一控制单元，配置为根据磁航向角与期望航向角的差值与预设差值阈值的比较结果调整无人机的飞行模式。可选地，计算单元还配置为：根据水平姿态信息计算姿态转换矩阵；根据姿态转换矩阵和三轴磁数据计算地理坐标系下的三轴磁分量数据；根据三轴磁分量数据计算磁航向角。可选地，第一控制单元还配置为：若差值大于预设差值阈值，偏差次数累加一次，若差值小于或等于预设差值阈值，偏差次数清零；若连续偏差次数大于预设连续偏差次数阈值，则输出磁异常报警信息，调整无人机的飞行模式为定高模式。可选地，检测系统还包括：期望航线设定单元，配置为设定无人机的期望航线数据；飞行定位单元，配置为测量无人机实际飞行的定位位置数据；第二控制单元，配置为根据期望航线数据与定位位置数据调整无人机的飞行模式。可选地，第二控制单元还配置为：实时计算无人机的定位位置与期望航线的三维空间距离；若三维空间距离大于预设距离阈值，输出磁异常报警信息，调整无人机的飞行模式为定高模式。本专利技术的无人机磁异常检测方法，利用磁航向偏差可以很快预警出磁异常，然后迅速切换到定高模式，避免炸机，提高无人机飞行的安全性。进一步地，本专利技术的无人机磁异常检测方法中，利用航迹偏差可以准确地预警出磁异常，然后迅速切换到定高模式，进一步增加了磁异常判断的可靠性，降低磁异常检测的虚警概率，提高无人机飞行的安全性。根据下文结合附图对本专利技术具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本专利技术的上述以及其他目的、优点和特征。附图说明后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本专利技术的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：图1是根据本专利技术一个实施例的无人机磁异常检测系统的示意性结构图；图2是根据本专利技术一个实施例的无人机磁异常检测方法的示意性结构图；图3是根据本专利技术另一个实施例的无人机磁异常检测方法的示意性结构图；图4是本专利技术示例性表示的无人机的航线图；以及图5是根据本专利技术一个实施例的无人机磁异常检测方法的流程图。具体实施方式本实施例首先提供了一种无人机磁异常检测系统，图1是根据本专利技术一个实施例的无人机磁异常检测系统的示意性结构图。参见图1，无人机磁异常检测系统100一般性地可包括期望航向角测定单元110、磁罗盘120和姿态信息测量装置130。期望航向角测定单元110配置为测量无人机的期望航向角。在位置模式下期望的航向角等于无人机当前实际航向角，其目的是保持航向不变，即机头指向不变。磁罗盘120配置为测量无人机的三轴磁数据，磁罗盘120测量的三轴磁数据为机体坐标系下的三维矢量。姿态信息测量装置130配置为测量无人机当前的水平姿态信息，水平姿态信息包括俯仰角θ和滚转角γ。特别地，无人机磁异常检测系统100还包括计算单元140和第一控制单元150。计算单元140配置为根据测量的无人机的三轴磁数据和无人机的水平姿态信息计算无人机的磁航向角。第一控制单元150配置为根据所计算的磁航向角与期望航向角的差值与预设差值阈值的比较结果调整无人机的飞行模式。具体地，计算单元140还配置为首先根据水平姿态信息计算姿态转换矩阵，然后根据计算的姿态转换矩阵和测量的三轴磁数据计算地理坐标系下的三轴磁分量数据，再根据三轴磁分量数据计算磁航向角。第一控制单元150还配置为若磁航向角与期望航向角的差值大于预设差值阈值，偏差次数累加一次，若磁航向角与期望航向角的差值小于或等于预设差值阈值，将偏差次数清零，当连续偏差次数大于预设连续偏差次数阈值，则输出磁异常报警信息，并调整无人机的飞行模式为定高模式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无人机磁异常检测方法，包括：获得无人机的期望航向角、无人机当前的三轴磁数据和无人机当前水平姿态信息；根据所述三轴磁数据和所述水平姿态信息计算磁航向角；根据所述磁航向角与所述期望航向角的差值与预设差值阈值的比较结果调整所述无人机的飞行模式。

【技术特征摘要】
1.一种无人机磁异常检测方法，包括：获得无人机的期望航向角、无人机当前的三轴磁数据和无人机当前水平姿态信息；根据所述三轴磁数据和所述水平姿态信息计算磁航向角；根据所述磁航向角与所述期望航向角的差值与预设差值阈值的比较结果调整所述无人机的飞行模式。2.根据权利要求1所述的检测方法，其中，根据所述三轴磁数据和所述水平姿态信息计算磁航向角的步骤包括：根据所述水平姿态信息计算姿态转换矩阵；根据所述姿态转换矩阵和所述三轴磁测量数据计算地理坐标系下的三轴磁分量数据；根据所述三轴磁分量数据计算所述磁航向角。3.根据权利要求1所述的检测方法，其中，根据所述磁航向角与所述期望航向角的差值与预设差值阈值的比较结果调整所述无人机的飞行模式的步骤包括：若所述差值大于所述预设差值阈值，偏差次数累加一次，若所述差值小于或等于所述预设差值阈值，偏差次数清零；若连续偏差次数大于预设连续偏差次数阈值，则输出磁异常报警信息，调整所述无人机的飞行模式为定高模式。4.根据权利要求1所述的检测方法，还包括：获取所述无人机的期望航线数据和所述无人机实际飞行的定位位置数据；根据所述期望航线数据与所述定位位置数据调整所述无人机的飞行模式。5.根据权利要求4所述的检测方法，其中，根据所述期望航线数据与所述三维定位数据调整所述无人机的飞行模式的步骤包括：实时计算所述无人机的定位位置与所述期望航线的三维空间距离；若所述三维空间距离大于预设距离阈值，输出磁异常报警信息，调整所述无人机的飞行模式为定高模式。6.一种无...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗兵，何磊，逯亮清，胡宝军，
申请(专利权)人：富平县韦加无人机科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61