[发明专利]一种飞行器相对高度和相对姿态的测量系统及其测量方法

说明书

技术领域

本发明属于飞行器测距领域，更具体地说是一种飞行器相对高度和相对姿态的测量系统和方法。

背景技术

飞行器在降落阶段需要机载传感器系统提供与跑道平面间精确的相对高度和相对姿态角信息，传统的相对高度测量装置使用单一的相对高度传感器(激光测距、气压传感器、GPS等)，由于这些传感器只安装在飞机的一个位置，这样的相对高度测量系统所测得的相对高度与传感器的安装位置和飞行器姿态存在一定的耦合误差，难以提供精确的相对高度信息；另一方面，传统的飞行器姿态测量系统(纯惯性导航系统、航姿系统、组合导航系统等)，主要由惯性导航系统或卫星导航系统构成，这些系统结构复杂，成本高，体积功耗都较大，应用范围受限，且上述使用MEMS惯性传感器构成的姿态测量系统或微惯性/卫星组合导航系统，所提供的姿态角信息是相对与地理系的姿态信息，其姿态精度受到卫星接收机延时、微小型飞行器加速度影响，难以保证飞行器降落阶段对相对姿态角测量精度及可靠性的要求，尤其是在降落平面存在斜角的情况下，这些系统都无法直接获得与跑道平面的相对姿态角。

由于微小型飞行器在降落期间需要进行减速以降低飞行器相对于跑道的速度，因此，在此过程中一般存在较大的减速加速度，不适合使用低成本的MEMS惯性传感器直接测量载体姿态。而在微型飞行器降落接近跑道时，其距地面的高度相对较低，一般在5m左右，随着高度的逐渐降低，其对相对高度、相对姿态的测量精度要求也越来越高，经研究发现，5m左右的相对距离非常适合利用超声波测距模块测得其相对高度。

发明内容

本发明解决的技术问题是一种飞行器相对高度和相对姿态的测量系统及其测量方法，该系统和方法主要用于微型飞行器降落接近跑道时，其距地面的高度相对较低，一般在5m左右，需要精确的相对高度和相对姿态的情况下。

为解决上述技术问题，本发明一种飞行器相对高度和相对姿态的测量系统，包括超声波测距模块、微处理器、温度传感器、湿度传感器和气压传感器，所述超声波测距模块、温度传感器、湿度传感器、气压传感器分别与微处理器相连；微处理器控制超声波测距模块向外发射超声波并接收对应的回波，同时温度传感器、湿度传感器和气压传感器将采集到的当前温度、湿度和气压信息发送到微处理器进行处理。

进一步地，本发明飞行器相对高度和相对姿态的测量系统中，所述超声波测距模块为超声波传感器，其数量为四个，分别设置于飞行器的机头、机尾、左机翼末端和右机翼末端。

进一步地，本发明飞行器相对高度和相对姿态的测量系统中，所述温度传感器、湿度传感器、气压传感器通过I2C接口与微处理器相连。

同时本发明还提出一种基于上述测量系统的测量方法，包括以下步骤：

步骤1、通过微处理器控制超声波测距模块的发射和接收，并计算超声波从发射到接收的时间间隔Δt_n=t_n^k+1-t_n^k，其中，n=1,2,3,4；t_n^k为超声波测距模块的发射时间；t_n^k+1为接收到回波的时间；

步骤2、分别利用温度传感器、湿度传感器、气压传感器测量当前的大气温度T_k，其单位为摄氏度；当前的空气湿度H_k，其单位为百分比；当前空气压力值P_k，其单位为帕；

步骤3、利用步骤2中获得的当前空气压力值P_k、当前的大气温度T_k和当前的空气湿度H_k对超声波的传输速度进行补偿，得到精确的超声波传输速度V_c，具体为：