[发明专利]一种无人机的半自主仿地飞行系统及其控制方法

说明书

一种无人机的半自主仿地飞行系统，包括GPS定位模块、惯性测量模块、气压计模块、雷达高度计、电机驱动器、桨叶动力结构以及飞行控制器，其特征在于：飞行控制器获取GPS定位模块、惯性测量模块以及雷达高度计的数据进行融合算法的计算，获取无人机位置、姿态、高度数据，从而控制电机驱动器，使无人机在半自主模式下沿航线进行仿地飞行。

技术领域

本发明涉及无人机自动飞行控制系统，尤其是一种无人机的半自主仿地飞行系统及其控制方法。

背景技术

无人机的高度控制是无人机领域的一个难点，尤其是近地表仿地飞行。一般的无人机高度控制通过气压计和加速度计融合计算无人机当前高度。这种方法的问题有：

1、气压计通过获取当前位置气压值计算当前位置的海拔高度，但由于无人机的机动造成无人机周围空气气压变化，获取的高度可能不准确

2、在近地面飞行时，无人机与地表形成的风场影响对气压计数据存在较大干扰

3、无法感知地表高度变化，跟随地形飞行。

目前无人机仿地飞行的主流方案是采用超声波传感器，通过超声波反馈的无人机相对地面的数据直接修正无人机高度控制的方法。它在一定程度上可以解决无人机近地表仿地飞行的问题，但是超声波传感器更新率慢，易受干扰，噪声较大，由于没有融合气压计和加速度计对超声波数据进行滤波，在较为复杂地表下(如玉米地，麦地，灌木丛等)高度控制不稳定，无法在较大载荷的工业无人机中应用。

发明内容

本发明为了克服现有技术方案的不足，提供了一种适应复杂地表环境的高精度高可靠性半自主仿地飞行的技术方案。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种无人机的半自主仿地飞行系统，包括GPS定位模块、惯性测量模块、气压计模块、雷达高度计、电机驱动器、桨叶动力结构以及飞行控制器，其特征在于：飞行控制器获取GPS定位模块、惯性测量模块以及雷达高度计的数据进行融合算法的计算，获取无人机位置、姿态、高度数据，从而控制电机驱动器，使无人机在半自主模式下沿航线进行仿地飞行。

一种无人机的半自主仿地飞行控制方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1，无人机操作人员选择雷达高度计；

步骤2，飞行控制器根据雷达设备ID在线识别接入的雷达高度计，根据检测到雷达高度计类型，自动设置输入低通滤波器的默认截止频率和数据更新频率；

步骤3，飞行控制器读取惯性测量模块和气压计模块的数据，通过融合算法得到无人机的相对高度；

步骤4，飞行控制器通过雷达高度计修正后的高度数据对无人机进行高度控制，实现无人机的跟随地表起伏的变化飞行；

步骤5，无人机可通过地面站规划航线实现无人机半自主或自主飞行。

本发明与现有技术的有益效果体现在：

1、本发明可通过地表类型和飞行任务选择合适的高度传感器，无人机控制会自动识别高度传感器类型匹配对应的滤波算法，实现最佳的高度控制性能

2、本发明通过观测高度数据噪声，自动识别地表类型，并融合加速度计数据对高度数据滤波，实现获取稳定准确的相对地表高度数据

3、本发明可适应各种复杂地表，在复杂地表下依然后较好的近地表仿地飞行效果

4、在自动仿地飞行过程中，操作人员可干预调整飞行高度，结束干预后无人机可按调整后高度继续自主飞行，可方便实际操作和较好的处理紧急情况。

附图说明

图1为本发明的硬件结构图；

图2为本发明的卡尔曼滤波算法原理图；