用于稳健干扰抑制的分布式加速度感测制造技术

本申请公开一种空中交通工具，其包括机身、用于提供输出控制信号的飞机飞行控制器，以及定位在机身上的平面印刷电路板。印刷电路板可以包括与其耦合的处理器、速率陀螺仪和至少三个加速度计。处理器被配置为至少部分地基于从至少三个加速度计和所述速率陀螺仪中的至少一个接收的反馈信号来产生致动信号。处理器将致动信号传送到所述飞机飞行控制器，飞机飞行控制器被配置为基于所述致动信号调节输出控制信号。

Distributed Acceleration Sensing for Robust Interference Suppression

The present application discloses an air vehicle comprising a fuselage, an aircraft flight controller for providing an output control signal, and a plane printed circuit board positioned on the fuselage. Printed circuit boards may include processors coupled to them, rate gyroscopes and at least three accelerometers. The processor is configured to generate an actuation signal at least partially based on feedback signals received from at least three accelerometers and at least one of the rate gyroscopes. The processor transmits the actuating signal to the aircraft flight controller, which is configured to adjust the output control signal based on the actuating signal.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于稳健干扰抑制的分布式加速度感测政府利益声明本专利技术是在美国空军授予的合同号：FA8651-13-C-0017下，由政府支持完成。政府拥有本专利技术的某些权利。相关申请的交叉引用本申请要求2016年10月21日提交的临时专利申请序列号62/411,147在35U.S.C.§119(e)下的权益，该申请的内容通过引用结合于此。
本专利技术总体涉及自主交通工具导航，并且更具体地涉及使用本体感测技术提供阵风抑制和增加交通工具稳定性的技术。
技术介绍
无人机(UAV)、小型无人驾驶系统(sUAS)和其他小型飞机，特别是那些旨在用于城市环境或其他杂乱环境中的小型飞机，当遇到大气湍流和阵风时，在飞机的状态(例如，姿态和方位)的稳定性方面面临极大的限制。特别是，大风、杂乱的城市环境以及对其他交通工具的接近可能造成干扰，该干扰通常难以用现有的飞行控制技术抑制。实际上，当在城市峡谷中航行时，1米至2米的偏移当然会导致障碍物碰撞、任务失败或交通工具损失。阵风抑制和交通工具稳定性对于产生清晰易懂的监控视频尤为重要，这是这些小型飞机的主要职责。例如，UAV经常受到不对称的阵风的影响，这种阵风是由城市峡谷中的流动通道和遮挡引起的——这个环境所特有的流场。虽然传统的惯性导航系统(INS)对于交通工具稳定性有效，但因为必须在校正误差之前测量误差，所以传统的惯性导航系统导致姿态校正的固有滞后。此外，虽然有效，但使用基于应变和压力的测量值的一些先前研究的本体感测方法需要相对复杂的结构和空气动力学建模。例如，McKenna等人共同拥有的题为“用于不需要的力抑制和交通工具稳定性的系统和方法(SystemandMethodforUnwantedForceRejectionandVehicleStability)”的美国专利公开No.2016/0200420公开了经由使用嵌入在机翼内的应变计的本体感测技术提供阵风抑制和增加交通工具稳定性的技术。随着飞行交通工具能力扩展到更复杂的任务和动态环境，可以采用新的传感器方案来提高稳健性、可生存性和任务有效性。例如，主动感测作用在交通工具上的干扰力和力矩的能力以及在反馈策略中使用这些感测量以减轻干扰的能力。因此，小型飞机(诸如UAV和sUAS)将通过增加机动性、扩大飞行包线和改进性能而大大受益于阵风抑制。然而，另一个添加的复杂性是小型UAV经常受到用万向架固定的有效载荷稳定性和交通工具可操纵性的严格要求，同时还将交通工具驱动到较小的尺寸和有效载荷能力。鉴于小型UAV和sUAS的紧张资源约束，挑战是不仅要实现这些功能，还要在满足大小、重量和功率的约束的封装件内实现这些功能。因此，在具有传统姿态控制惯性传感器(诸如陀螺仪和加速度计)的延迟/噪声属性(由于平台动力学引起的延迟)的较小平台上特别难以实现阵风抑制。鉴于对增加的自主性/性能和平台/感测系统的小型化的需求，需要改进的系统和方法，以用于经由例如生物启发的角加速度感测和其他本体感测技术提供阵风抑制和增加交通工具稳定性。如本文所公开的，所得到的系统可以应用于范围从竖直起飞和着陆飞机到固定翼飞机的空气系统，该空气系统受到大风、交通工具-交通工具干扰和杂乱的城市区域中的不可预测的飞行条件的阻碍。
技术实现思路
本文公开了用于经由例如紧凑的分布式加速度感测封装件提供阵风抑制和增加交通工具稳定性的改进的系统和方法，该封装件可以包括中心速率陀螺仪与加速度计，加速度计放置在速率陀螺仪周围的分布方位处并且在距交通工具的重心的预定距离处。分布式加速度感测系统提供了一种独特的力和扭矩估算的方法，具有增加的稳健性和简化的实施方式。根据第一方面，一种空中交通工具包括：机身；飞机飞行控制器，其提供输出控制信号；以及传感器封装件，其定位在机身上，该传感器封装件包括速率陀螺仪、多个加速度计和处理器，其中传感器封装件被配置为集体地测量至少九个独立的轴向加速度测量值，其中处理器被配置为至少部分地基于从所述多个加速度计和所述速率陀螺仪中的至少一个接收的反馈信号产生致动信号，其中处理器被配置为将致动信号传送到所述飞机飞行控制器，并且其中飞机飞行控制器被配置为根据所述致动信号调节输出控制信号。根据第二方面，一种用于空中交通工具的分布式加速度感测系统包括：平面印刷电路板；速率陀螺仪，其耦合到平面印刷电路板；多个加速度计，其耦合到平面印刷电路板，其中多个加速度计针对每个轴线集体地测量取自三个不同方位的至少三个轴向加速度测量值，以生成至少九个独立的轴向加速度测量值；以及处理器，其耦合到平面印刷电路板，其中处理器与速率陀螺仪和多个加速度计中的每一个可操作地耦合，并且处理器被配置为至少部分地基于从所述至少三个加速度计和所述速率陀螺仪中的至少一个接收的反馈信号产生致动信号，其中处理器将致动信号传送到所述空中交通工具的飞机飞行控制器。根据第三方面，一种空中交通工具包括：机身；飞机飞行控制器，其提供输出控制信号；以及平面印刷电路板，其定位在机身上，该印刷电路板具有与其耦合的处理器、速率陀螺仪和至少三个加速度计，其中处理器被配置为至少部分地基于从所述至少三个加速度计和所述速率陀螺仪中的至少一个接收的反馈信号产生致动信号，其中处理器将致动信号传送到所述飞机飞行控制器，其中飞机飞行控制器被配置为基于所述致动信号调节输出控制信号。根据第四方面，一种用于空中交通工具的分布式加速度感测系统包括：平面印刷电路板；速率陀螺仪，其耦合到平面印刷电路板；至少三个加速度计，其耦合到平面印刷电路板；以及处理器，其耦合到平面印刷电路板；其中处理器被配置为至少部分地基于从所述至少三个加速度计和所述速率陀螺仪中的至少一个接收的反馈信号产生致动信号，其中处理器将致动信号传送到所述空中交通工具的飞机飞行控制器，因此，使得飞机飞行控制器被配置为基于所述致动信号调节其输出控制信号。在某些方面，速率陀螺仪和至少三个加速度计基本上位于同一平面中。在某些方面，飞机飞行控制器被配置为将输出控制信号提供到推进器或飞行控制表面。在某些方面，速率陀螺仪基本上定位在机身的重心处。在某些方面，所述至少三个加速度计中的每一个远离机身的重心定位。在某些方面，所述至少三个加速度计中的每一个定位在距机身的重心的预定距离处。在某些方面，所述至少三个加速度计中的每一个与速率陀螺仪等距。在某些方面，所述至少三个加速度计被布置成圆形，其中速率陀螺仪基本上定位在所述圆形的中心处。在某些方面，十二个加速度计被布置成圆形，其中速率陀螺仪基本上定位在所述圆形的中心处。在某些方面，处理器被配置为基于反馈信号估算机身的平移加速度和旋转加速度以产生致动信号。在某些方面，处理器被配置为从嵌入在空中交通工具内的应变计接收反馈信号。在某些方面，空中交通工具包括机翼，并且应变计被嵌入机翼中。在某些方面，所述应变计是嵌入所述机翼的凹槽内的光纤应变计。在某些方面，应变计被嵌入所述机翼的前缘处。在某些方面，处理器被配置为使用估算算法来校准反馈信号。在某些方面，估算算法选自包括以下算法的组：最小二乘法；最大相似估算法；和线性二次估算法。在某些方面，所述至少三个加速度计中的每一个是微机电系统加速度计。附图说明本文所述的装置、系统和方法的前述和其他目的、特征和优点将从以下对其特定实施例的描述中变得显而易见，如附本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空中交通工具，其包括：机身；飞机飞行控制器，其提供输出控制信号；以及传感器封装件，其定位在所述机身上，所述传感器封装件包括速率陀螺仪、多个加速度计，和处理器，其中所述传感器封装件被配置为集体地测量至少九个独立的轴向加速度测量值，其中所述处理器被配置为至少部分地基于从所述多个加速度计和所述速率陀螺仪中的至少一个接收的反馈信号产生致动信号，其中所述处理器被配置为将所述致动信号传送到所述飞机飞行控制器，并且其中所述飞机飞行控制器被配置为根据所述致动信号调节所述输出控制信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.21 US 62/411,147;2017.10.19 US 15/788,4341.一种空中交通工具，其包括：机身；飞机飞行控制器，其提供输出控制信号；以及传感器封装件，其定位在所述机身上，所述传感器封装件包括速率陀螺仪、多个加速度计，和处理器，其中所述传感器封装件被配置为集体地测量至少九个独立的轴向加速度测量值，其中所述处理器被配置为至少部分地基于从所述多个加速度计和所述速率陀螺仪中的至少一个接收的反馈信号产生致动信号，其中所述处理器被配置为将所述致动信号传送到所述飞机飞行控制器，并且其中所述飞机飞行控制器被配置为根据所述致动信号调节所述输出控制信号。2.根据权利要求1所述的空中交通工具，其中所述速率陀螺仪和所述多个加速度计定位在基本相同的平面中。3.根据权利要求2所述的空中交通工具，其中所述速率陀螺仪、所述多个加速度计和所述处理器定位在印刷电路板上。4.根据权利要求2所述的空中交通工具，其中所述多个加速度计布置成圆形，其中所述速率陀螺仪基本上定位在所述圆形的中心处。5.根据权利要求4所述的空中交通工具，其中所述多个加速度计中的每一个定位在距所述机身的重心的预定距离处。6.根据权利要求1所述的空中交通工具，其中所述飞机飞行控制器被配置为将所述输出控制信号提供到推进器或飞行控制表面致动器。7.根据权利要求1所述的空中交通工具，其中所述速率陀螺仪基本上定位在所述机身的重心处。8.根据权利要求1所述的空中交通工具，其中所述至少九个独立的轴向加速度测量值包括三组三个轴向测量值，所述三组中的每一组在所述空中交通工具上的不同方位处测量，所述三组三个轴向测量值中的一组内的所述三个轴向测量值中的每一个沿不同轴线测量。9.根据权利要求8所述的空中交通工具，其中所述多个加速度计包括三轴线性加速度计，以产生所述三组三个轴向测量值中的一组。10.根据权利要求1所述的空中交通工具，其中所...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·格里芬，E·斯考特，S·亨伯特，
申请(专利权)人：极光飞行科学公司，
类型：发明
国别省市：美国,US