基于多传感器融合的水空两栖无人机高度解算方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了基于多传感器融合的水空两栖无人机高度解算方法及系统，该方法包括：根据水空两栖无人机的工作范围选取传感器；对各传感器进行时空标定，得到传感器的标定基准面；获取各传感器的测量高度，基于标定基准面对测量高度进行校准，得到相对高度；根据各传感器的工作状态确定融合方案；基于融合方案对相对高度进行数据融合处理，得到精准的输出高度。该系统包括：防水压力传感器模块、声呐测距传感器模块、激光测距传感器模块、加速度计传感器模块、MCU模块和飞控模块。通过使用本发明专利技术，通过利用不同传感器的优势进行互补，能够实现水空两栖无人机的精准高度解算，满足在水空两域的稳定运动及过渡。本发明专利技术可广泛应用于无人机技术领域。无人机技术领域。无人机技术领域。

【技术实现步骤摘要】
基于多传感器融合的水空两栖无人机高度解算方法及系统


[0001]本专利技术涉及无人机
，尤其涉及基于多传感器融合的水空两栖无人机高度解算方法及系统。

技术介绍

[0002]无人机是一种由无线电遥控设备或自身程序控制装置操纵的无人驾驶飞行器。目前，随着科技的发展，无人机技术日趋成熟，无人机以其速度快、操作灵活的特点被广泛应用。水空两栖无人机是一种具备在空中飞行和水中航行能力的无人机，由空中进入水中时需要在水空临界处进行旋翼倾转变换。高度信息作为飞行的一个重要参数，是无人机安全有效飞行以及地面操作和指挥人员安全的重要保障。
[0003]现有的无人机主要采用气压计和加速度计融合进行高度解算，气压计动态特性好，长期精度高；加速度计静态特性好，短期精度高，结合两者的优点可以获得精准的高度信息。目前主流的飞控均采用内置气压计和加速度计，不具备防水功能。水空两栖无人机需要将飞控放置在密闭的舱体内，飞控的内置气压计在密闭的舱体内没有气体流通，检测不到外部压力的变化，无法获得精准的高度信息。目前有采用外置防水压力传感器来代替内置气压计的方法，但防水压力传感器在水空两域的相对精度差距大，且在临近地面上方和水面上方时，由于地面效应导致数据波动大，无法获得精准的高度信息。水空两栖的工作区域对众多传感器存在限制，因此常规的无人机高度解算方法无法应用在水空两栖无人机上。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术的目标是提供基于多传感器融合的水空两栖无人机高度解算方法及系统，通过利用不同传感器的优势进行互补，能够实现水空两栖无人机的精准高度解算，满足在水空两域的稳定运动及过渡。
[0005]本专利技术所采用的第一种技术方案是：基于多传感器融合的水空两栖无人机高度解算方法，包括以下步骤：
[0006]根据水空两栖无人机的工作范围选取传感器；
[0007]对各传感器进行时空标定，得到传感器的标定基准面；
[0008]获取各传感器的测量高度，基于标定基准面对测量高度进行校准，得到相对高度；
[0009]根据各传感器的工作状态确定融合方案；
[0010]基于融合方案对相对高度进行数据融合处理，得到精准的输出高度。
[0011]进一步，所述根据水空两栖无人机的工作范围选取传感器这一步骤，其具体包括：
[0012]将水空两栖无人机的工作范围划分为空中、地面上方、水面上方、水空临界处和水面下方的分支范围；
[0013]基于各个分支范围选取传感器，每个分支范围均有至少2个传感器工作。
[0014]通过该优选步骤，分支范围的划分降低了传感器的选取难度，保证了选取传感器
的适配性，只需要保证在该分支具备较高精度；分支内至少2个传感器工作，则进一步保障了输出融合高度的准确性。
[0015]进一步，所述传感器包括防水压力传感器、声呐测距传感器、激光测距传感器和加速度计传感器。
[0016]通过该优选步骤，选用不同类型的传感器，提高了测量高度的鲁棒性，同时避免了单类型传感器在特殊情况不可用导致的高度解算差错。
[0017]进一步，对各传感器进行时空标定，得到传感器的标定基准面这一步骤，其具体包括：
[0018]防水压力传感器选取初始时刻起飞地面为基准面；
[0019]未进行水平移动时激光测距传感器选取初始时刻起飞地面为基准面；
[0020]进行水平移动时激光测距传感器选取测得前一时刻的输出高度为基准面；
[0021]声呐测距传感器选取测得前一时刻的输出高度为基准面；
[0022]加速度计传感器选取初始时刻起飞地面为基准面。
[0023]通过该优选步骤，能够针对传感器具体情况，选取误差最小的基准面，对传感器获得的数据进行校准。
[0024]进一步，所述获取各传感器的测量高度，基于标定基准面对测量高度进行校准，得到相对高度这一步骤，其具体包括：
[0025]防水压力传感器基于测量时刻的测量高度与基准面的高度之差，得到第一相对高度；
[0026]未进行水平移动时激光测距传感器基于测量时刻的测量高度与基准面的高度之差，得到第二相对高度；
[0027]进行水平移动时激光测距传感器在测量时刻的测量高度与前一时刻的测量高度之差的基础上加上基准面高度，得到第三相对高度；
[0028]声呐测距传感器在测量时刻的测量高度与前一时刻的测量高度之差的基础上加上基准面高度，得到第四相对高度；
[0029]加速度计传感器基于测量时刻的Z轴方向加速度与初始时刻Z轴方向加速度之差，得到Z轴方向的相对加速度。
[0030]通过该优选步骤，基于基准面高度对测量高度进行校准，使得各传感器得到的相对高度的参照物是一致的，均为初始时刻起飞地面。
[0031]进一步，所述融合方案，其具体包括：
[0032]水空两栖无人机处于空中时，防水压力传感器与加速度计传感器处于工作状态，对防水压力传感器的相对高度和加速度计传感器的相对加速度进行融合处理；
[0033]水空两栖无人机处于地面上方时，防水压力传感器、加速度计传感器与激光测距传感器处于工作状态，对防水压力传感器的相对高度、加速度计传感器的相对加速度和激光测距传感器的相对高度进行融合处理；
[0034]水空两栖无人机处于水面上方时，防水压力传感器、加速度计传感器和声呐测距传感器处于工作状态，对防水压力传感器的相对高度、加速度计传感器的相对加速度和声呐测距传感器的相对高度进行融合处理；
[0035]水空两栖无人机处于水空临界处且未进入水中时，声呐测距传感器和加速度传感
器处于工作状态，对加速度计传感器的相对加速度和声呐测距传感器的相对高度进行融合处理；
[0036]水空两栖无人机处于水空临界处且已进入水中时，防水压力传感器和加速度传感器处于工作状态，对防水压力传感器的相对高度和加速度计传感器的相对加速度进行融合处理；
[0037]水空两栖无人机处于水面下方时，防水压力传感器和声呐测距传感器处于工作状态，对防水压力传感器的相对高度和声呐测距传感器的相对高度进行融合处理。
[0038]通过该优选步骤，设定了完备的融合方案，避免融合过程中混入无效的干扰数据。
[0039]进一步，所述融合处理，其具体包括：
[0040]水空两栖无人机处于空中时，对防水压力传感器的相对高度和加速度计传感器的相对加速度进行卡尔曼滤波融合，得到精准的输出高度；
[0041]水空两栖无人机处于地面上方时，对防水压力传感器的相对高度和激光测距传感器的相对高度进行加权平均法融合，得到第一融合高度，将第一融合高度和加速度计传感器的相对加速度进行卡尔曼滤波融合，得到精准的输出高度；
[0042]水空两栖无人机处于水面上方时，对防水压力传感器的相对高度和声呐测距传感器的相对高度进行加权平均法融合，得到第二融合高度，将第二融合高度和加速度计传感器的相对加速度进行卡尔曼滤波融合，得到精准的输出高度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于多传感器融合的水空两栖无人机高度解算方法，其特征在于，包括以下步骤：根据水空两栖无人机的工作范围选取传感器；对各传感器进行时空标定，得到传感器的标定基准面；获取各传感器的测量高度，基于标定基准面对测量高度进行校准，得到相对高度；根据各传感器的工作状态确定融合方案；基于融合方案对相对高度进行数据融合处理，得到精准的输出高度。2.根据权利要求1所述基于多传感器融合的水空两栖无人机高度解算方法，其特征在于，所述根据水空两栖无人机的工作范围选取传感器这一步骤，其具体包括：将水空两栖无人机的工作范围划分为空中、地面上方、水面上方、水空临界处和水面下方的分支范围；基于各个分支范围选取传感器，每个分支范围均有至少2个传感器工作。3.根据权利要求1所述基于多传感器融合的水空两栖无人机高度解算方法，其特征在于，所述传感器包括防水压力传感器、声呐测距传感器、激光测距传感器和加速度计传感器。4.根据权利要求1所述基于多传感器融合的水空两栖无人机高度解算方法，其特征在于，所述对各传感器进行时空标定，得到传感器的标定基准面这一步骤，其具体包括：防水压力传感器选取初始时刻起飞地面为基准面；未进行水平移动时激光测距传感器选取初始时刻起飞地面为基准面；进行水平移动时激光测距传感器选取测得前一时刻的输出高度为基准面；声呐测距传感器选取测得前一时刻的输出高度为基准面；加速度计传感器选取初始时刻起飞地面为基准面。5.根据权利要求1所述基于多传感器融合的水空两栖无人机高度解算方法，其特征在于，所述获取各传感器的测量高度，基于标定基准面对测量高度进行校准，得到相对高度这一步骤，其具体包括：防水压力传感器基于测量时刻的测量高度与基准面的高度之差，得到第一相对高度；未进行水平移动时激光测距传感器基于测量时刻的测量高度与基准面的高度之差，得到第二相对高度；进行水平移动时激光测距传感器在测量时刻的测量高度与前一时刻的测量高度之差的基础上加上基准面高度，得到第三相对高度；声呐测距传感器在测量时刻的测量高度与前一时刻的测量高度之差的基础上加上基准面高度，得到第四相对高度；加速度计传感器基于测量时刻的Z轴方向加速度与初始时刻Z轴方向加速度之差，得到Z轴方向的相对加速度。6.根据权利要求1所述基于多传感器融合的水空两栖无人机高度解算方法，其特征在于，所述融合方案，其具体包括：水空两栖无人机处于空中时，防水压力传感器与加速度计传感器处于工作状态，对防水压力传感器的相对高度和加速度计传感器的相对加速度进行融合处理；水空两栖无人机处于地面上方时，防水压力传感器、加速度计传感器与激光测距传感
器处于工作状态，对防水压力传感器的相对高度、加速度计传感器的相对加速度...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵曜，郑恩，徐雍，刘畅，饶红霞，鲁仁全，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：