一种利用光流传感器和速率陀螺对飞行器状态估计的方法技术

一种利用光流传感器和速率陀螺对飞行器状态估计的方法，它有四大步骤：步骤一：针对需要安装光流传感器的飞行器，建立其线化扰动运动学方程；步骤二：将5个光流传感器多点布置在飞行器上，各传感器间的距离尽量远，并指向不同方向；步骤三：建立光流传感器的量测方程，建立速率陀螺的量测方程，构成系统的光流和惯导多传感器量测方程；步骤四：用UKF即无迹卡尔曼滤波对飞行器的飞行状态进行估计。本发明专利技术体积小、重量轻、功耗小、成本低，便于在小型飞行器上安装布置，不对外辐射电磁信号，提高了飞行器的隐蔽性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于小型飞行器(Miniature aerial vehicles, MAVs)姿态、飞行速度和高度的测量与估计
，具体涉及一种利用光流传感器和速率陀螺对MAV状态估计的方法。
技术介绍
飞行器主要依靠前视雷达、雷达高度表和升降速度表来测量离地高度和升降速度，而对于小型飞行器来说，激光测距仪(Laser Rangefinders, LRF)和雷达都显得过于笨重。SICKLMS291是一款典型的激光测距仪，一般用于机器人领域，它的质量大约是4. 5公斤。用于无人驾驶航空器(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)上的最小的合成孔径雷达可能是美国圣地亚实验室(Sandia National Labs)制造的miniSAR,其质量约为4 5公斤,这么重的设备增加了无人机的重量和体积，降低了其续航能力和带载能力。 光流传感器质量小，只有10克左右，完全被动地接收外部光线，无辐射，相对于雷达高度计具有质量小、隐蔽性好的优点，除飞行器的飞行速度、飞行高度、俯仰角速度外，本方法还可以估计出飞行器的攻角、俯仰角、升降速度等其它飞行信息，这些信息有利于帮助MAV完成探测、救灾等特定飞行任务。
技术实现思路
I、目的本专利技术的目的是提供，它使用5个光流传感器和I套三轴速率陀螺，体积小、重量轻、功耗小、成本低，便于在小型飞行器上安装布置，不对外辐射电磁信号，提高了飞行器的隐蔽性。2、技术方案昆虫在移动时，周围环境的亮度模式在视网膜上形成一系列连续变化的图像，这一系列连续变化的信息不断“流过”视网膜，好像是一种光的“流”，故称这种图像亮度模式的表观运动为光流。国外的某些实验室，已经研制出了光流传感器的物理样机，并利用光流传感器实现了无人驾驶飞行器的自主避障、等高飞行、自动着陆、风速估计、目标检测和空中悬停，这些技术在探测、救灾等方面将有非常重要的应用价值。根据光流的定义和图I中所示的几何关系，可得出光流的表达式为______ . VCOS2 9/.,、f 二-+ 0}⑴ h式中，f为光流(1/s)，V为光流传感器的水平速度(m/s)，h为光流传感器距离地面的高度(m)，9为光轴与铅垂方向的夹角(rad)， 为光流传感器的旋转速度(rad/s)。由式(I)可以看出，光流的测量值与光流传感器的姿态、高度和速度耦合有关，同时光流传感器具有体积小、重量轻、功耗小、成本低、可组网的特点，于是考虑将多个光流传感器固联在飞行器上，结合惯导器件——速率陀螺，利用多传感器的信息融合技术，实现对飞行器姿态信息的估计。光流传感器布置如图2所示。本专利技术，该方法具体步骤如下步骤一针对需要安装光流传感器的飞行器，建立其线化扰动运动学方程；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用光流传感器和速率陀螺对飞行器状态估计的方法，其特征在于该方法具体步骤如下 步骤一针对需要安装光流传感器的飞行器，建立其线化扰动运动学方程； 这里，2.根据权利要求I所述的一种利用光流传感器和速率陀螺对飞行器状态估计的方法，其特征在于步骤二中所述的“多点布置”是指光流传感器要安装在飞行器的不同位置...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘小明，陈万春，邢晓岚，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：