[发明专利]一种无人机双余度测量系统及其控制方法

说明书

本发明提供了一种无人机双余度测量系统及其控制方法，基于两套不同工作原理的测量系统及控制策略，以达到系统一次故障后正常工作且明显提高系统的可靠性和安全性的目的。本发明采用非相似双余度系统模型，实现简单，可靠性、安全性高；双余度测量系统的控制策略和切换完全由无人机软件完成，未在无人机增加额外设备；双余度测量系统的控制策略实现简单，适用面广可以在不同无人机系统中推广应用。

技术领域

本发明涉及无人机领域，尤其是一种无人机的测量系统及控制方法。

背景技术

测量系统是无人机飞行控制系统的重要组成部分。在整个飞行控制过程中都需要测量系统采集无人机姿态数据、角速率数据、航向、位置信息等作为输入，并通过相应的控制算法计算出无人机的控制量已达到控制无人机飞行的目的，所以测量系统数据的正确性、安全性就显得尤为重要。

现有的无人机通常采用在无人机上安装垂直陀螺和角速率陀螺以获得姿态数据和角速率数据，安装航向传感器以获得航向，安装卫星接收机以获得位置信息；或者安装一台惯性组合导航设备以获得无人机姿态数据、角速率数据、航向及位置信息用于无人机的控制。该方法由于只在无人机上安装一套测量设备，如果该套设备发生故障则无法正常工作，其可靠性较低。

还有一种方法，在无人机上安装两套组合导航设备，两套设备同时工作获得无人机姿态数据、角速率数据、航向及位置信息息等，正常情况下一台组合导航设备获取的数据供控制算法计算用于控制无人机，当其故障后另一台组合导航设备自动接入替换故障的导航设备用于无人机控制。该方法具有测量系统一次故障后自动重构的能力，提高了安全性，缺点是两套组合导航设备的工作原理和设计原理相同，存在同时发生同类故障的可能。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种无人机双余度测量系统及其控制方法，本发明基于两套不同工作原理的测量系统及控制策略，以达到系统一次故障后正常工作且明显提高系统的可靠性和安全性的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种无人机双余度测量系统包含陀螺测量系统和组合导航系统，其中陀螺测量系统包含垂直陀螺、角速率陀螺、磁航向传感器和卫星定位系统，其中垂直陀螺输出姿态数据，姿态数据包含俯仰角和倾斜角，角速率陀螺输出角速率数据，角速率数据包含俯仰角速率、倾斜角速率和航向角速率，磁航向传感器输出航向角，卫星定位系统输出位置信息，位置信息为经度和纬度。

组合导航系统包含航姿装置和卫星定位系统，航姿装置输出姿态数据、角速率数据和航向角，姿态数据包括俯仰角、倾斜角，角速率数据包括俯仰角速率、倾斜角速率和航向角速率，卫星定位系统输出经度和纬度，用于无人机控制。

所述无人机双余度测量系统在陀螺测量系统及组合导航系统正常情况下，均将姿态数据、角速率数据、航向角和位置信息送给无人机，无人机默认使用组合导航系统提供的姿态、角速率、航向角及位置信息用于无人机控制，此时陀螺测量系统及组合导航系统具备指令切换功能，当组合导航系统发生故障次数超出阈值，则自动切换为由陀螺测量系统提供的姿态、角速率、航向角及位置信息用于无人机的控制。

所述无人机双余度测量系统的控制方法如下：

步骤1：无人机上电后无人机机载软件自动将陀螺测量系统设置为主测量系统，陀螺测量系统输出的数据用于无人机控制，将组合导航系统设置为备份系统，组合导航系统输出的数据处于监控状态；

步骤2：无人机接收到组合导航系统数据且组合导航系统数据中的状态信息表示组合导航系统工作正常，则将组合导航系统切换为主测量系统，使用组合导航系统输出的数据用于无人机的控制，将陀螺测量系统切换为备份测量系统，陀螺测量系统输出的数据处于监控状态；

步骤3：在无人机飞行过程中，实时对组合导航系统的数据进行监控，并在如下三种情况下进行判断：