[发明专利]飞行器的高度估计

说明书

将诸如无人飞行器(UAV)之类的移动物体的高度作为来自一组传感器(300‑1，300‑2，300‑3，300‑4，300‑5)的基于压力的信号的函数来进行估计，其中该组传感器被安装在该物体上以使这些传感器具有不同的主感测定向(N)。该函数可以是加权平均，并且函数中的权重可以根据诸如交通工具相对于视风的定向、感测信号的稳定性以及传感器故障之类的因素而变化。

技术领域

本发明涉及无人飞行器的操作，并且具体地涉及高度估计(altitudeestimation)。

背景技术

无人飞行器(UAV)，也被通俗地称为“无人机”，在体育事件和娱乐事件、自然地标和人造地标、公园和其他特征及结构上方的天空中正变得日益常见。实际上，商用UAV的使用范围正在快速地增长，不仅包括娱乐用途，也包括诸如用于摄影和摄像、科学、执法和许多其他的用途之类的专业用途。

用户通常能够通过在控制器上操作功率控制和/或方向控制来手动控制UAV的地面上方的高度，但是在一些情况下希望UAV能够自动地确定高度。即使对于手动操作，用户也可能希望在数量上知道高度，特别是其UAV的地面上方的高度。例如，用于保持地面上方的设定高度的能力对于在机载相机的视场中或出于其他位置保持的原因把物体保持在适当尺寸可能是重要的。作为另一示例，UAV可以被专门用于确定某个物体的高度。作为又一示例，高度的显示或自动限制对于保证UAV不超过地面上方的最大法定高度(例如，在受控的领空中)可能是重要的。出于更基本的目的(即，为了自动地防止粗心或没有经验的用户使UAV碰撞在地面上)，地面上方的高度确定也可以被并入在一些UAV中。类似地，如果UAV并入了地形图，则高度确定可以被用于保证恒定高度的地形跟踪。简言之，存在人们可能想要使UAV能够估计其相对于某个参考高度的高度的许多原因。

用于确定UAV的参考之上的高度的一种普遍方式是使UAV包括某种形式的压力传感器。在相对于某个参考压力的固定校准或可更新校准之后，UAV上的或其控制器中的电路然后可以比较实际测量的压力和参考压力，并根据压力差来计算高度。然而，即使当UAV在无风的情况下悬停在恒定高度处时，UAV周围的压力场通常也不是恒定的。例如，推进器下洗(downwash)可能导致快速变化的感测压力。该问题在其他飞行背景中加重，在其他飞行背景中，UAV上的视风(apparent wind)不仅包括推进器下洗，也包括不仅由气象风引起而且还由UAV自身的运动引起的所有三个方向上的空气的潜在波动速度分量。感测压力中的这种变化随后转变为高度的确定中的误差。

用于降低这些误差的一些已知的尝试涉及通过应用仔细设计的算法(其试图在不同的相对UAV空速下补偿所假设的误差)来预校准单个机载气压计(包括压力传感器)。要注意，由于UAV速度(即使是竖直的，特别是在下降时)通常与风速大致相同，因此视风变化可能是相对强烈的。经校准的数据随后被存储在UAV的机载电子设备中。当UAV处于实际飞行时，该常规方法估计UAV的空速并且通过插补校准数据来计算气压计误差的量。将原始的气压计读数减去误差估计来产生经校正的高度测量以供另外的处理。

该已知方法的准确度依赖于包括空速估计和校准过程本身在内的若干个因素。然而，校准误差和带噪声的空速测量通常导致不可接受的或在最好的情况下也是不期望的高度估计误差，特别是对于民用UAV。

因此，即使是在存在不恒定的且通常带噪声的压力场中，使UAV能够更准确地确定高度也是有利的。

附图说明

图1示出了UAV及其控制器的示例。

图2A至图2C以简化形式示出了普通压力传感器的基本结构以及一种安装技术。

图3A至图3G示出了相对于压力传感器上的气流的定向的影响。

图4示出了相对于表观气流(apparent air flow)的主体周围的压力分布。

图5示出了围绕柱体具有不同的角度定向的四个传感器的压力分布曲线。