一种无人机的航向角解算算法制造技术

本发明专利技术公开了一种无人机的航向角解算算法，包括：采用无人机自身携带的加速度计和陀螺仪传感器，通过数据融合解算出无人机的姿态角度‑俯仰角和滚转角；建立无人机动力学模型，通过自适应算法估算出动力学模型中的参数；结合动力学模型方程所解算出来的航向角和惯性导航传感器融合解算出来的航向角，采用添加权重的形式估计当前的航向角，由此实现不受磁场干扰的航向角解算。本方法能解算出较为精确的无人机航向角，解决现有磁力计传感器测量容易受到强磁场干扰而出现航向角解算出现较大偏差的问题，为无人机飞行控制器提供更为准确的航向角信息；不需要额外添加其他传感器，仅用无人机自带现有传感器即可解决解算航向角受强磁场干扰问题。

【技术实现步骤摘要】
一种无人机的航向角解算算法
本专利技术涉及无人机
，具体涉及一种无人机的航向角解算算法。
技术介绍
四旋翼飞行器是一种能实现垂直起降的小型飞行器，因其体型小巧，灵活性高，成本低，易维护等特点受到关注，它能在各种受限环境中工作，无论是丛林，地底或者是室内环境等场景。在农业方面，广泛地应用于农药的喷洒，农作物生长情况的监管。快递的派送、消防安防、电网的安全巡检、国土资源的勘测以及无人机的探测与无线电反制等领域中。但是由于无人机系统大多是运用于多干扰，复杂环境下完成一些复杂任务的智能控制系统，在遇到一些强磁干扰的情况之前，传统的基于磁力传感器解算出来的无人机偏航角将不再是可信的，然而在无人机缺失航向角的引导将缺失方向感；不准确的航向角将导致的无人机可能出现马桶式螺旋发散。目前已公开文献中并没有针对无人机中磁力计传感器容易受干扰的缺陷给出缺失磁力计传感器后如何解算出航向角。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种无人机的航向角结算算法，用以克服现有技术中无人机磁力计传感器容易受干扰而导致解算出的航向角不准确的问题。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人机的航向角解算算法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，采用无人机自身携带的加速度计和陀螺仪传感器，通过数据融合解算出无人机的姿态角度-俯仰角和滚转角；/n步骤2，建立无人机动力学模型，通过自适应算法估算出动力学模型中的参数，具体步骤包括：/n步骤2.1，建立无人机动力学模型，表示如下：/n

【技术特征摘要】
1.一种无人机的航向角解算算法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，采用无人机自身携带的加速度计和陀螺仪传感器，通过数据融合解算出无人机的姿态角度-俯仰角和滚转角；
步骤2，建立无人机动力学模型，通过自适应算法估算出动力学模型中的参数，具体步骤包括：
步骤2.1，建立无人机动力学模型，表示如下：



上式中，表示无人机的位置信息，x,y,z为不同方向的位置信息；
kx，ky，kz为待估计的阻力参数，m为无人机质量，g为重力加速度，u1为无人机电机的拉力，参数上标一个圆点、两个圆点表示该参数的一阶导数、二阶导数；
步骤2.2，令为速度，为加速度，

则有：



令速度误差：



其中vx，d为期望的速度值，对速度误差求导得：



步骤2.3，设计控制输入：



其中为自适应估计值，为估计误差值；Kx为待调整参数；
步骤2.4，根据所设计的控制输入，设计待估计的阻力参数kx的自适应参数估计律为然后根据自适应律迭代或积分的方式获得自适应估计值
根据步骤2.1中的无人机动力模型，按照步骤2.2～2.4同样的方法，令为速度，表示对变量*的一阶求导，为速度误差，其中*分别表示为位置y，z的信息，从而得到对应的自适应估计律最后得到待估计的阻力参数ky，kz的估计值和
步骤3，结合动力学模型方程所解算出来的航向角和惯性导航传感器融合解算出来的航向角，采用添加权重的形式估计当前的偏航角，由此实现不受磁场干扰的航向角解算，具体步骤包括：
步骤3.1，将步骤2中建立的无人机动力学模型改写为：



其中u1x，u1y，u1z分别对应无人机坐标系x，y，z轴的虚拟控制输入，导航坐标系下的速度和加速度可以从无人机的定位系统或者是光流传感器中获取，因此参数已知，由此可以根据上式计算出u1x，u1y，u1z虚拟控制输入量；
步骤3.2，由步骤3.1中的模型可得：



即：



步骤3.3，根据步骤3.1中的模型第三行公式可得：



步骤3.4，结合步骤3.2和步骤3.3可得航向角度：

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44