[发明专利]一种基于扩展卡尔曼滤波的无人机药箱药量测量系统

说明书

本发明公开了一种基于扩展卡尔曼滤波的无人机药箱药量测量系统，包括：药箱，所述药箱的顶部设置有加水口且侧面设置有出水口，所述药箱的内部设置有磁性浮式霍尔液位计且在出口处设置有叶轮式液位计，所述磁性浮式霍尔液位计的表面设置有浮漂，所述药箱外部设置有数据采集单元和数据处理单元。本发明数据处理单元对采集的数据进行滤波、转换、融合等处理，输出实时的液位数据；数据处理单元具备将采集到的电压转换成对应的液位原始值，数据处理单元具备将流量计脉冲计数转换成流出药液量，数据处理单元具备使用扩展卡尔曼滤波(EKF)算法，对液位原始值与流出的药液量进行预测、更新等步骤，实时生成更为准确的测量值。

技术领域

本发明涉及无人机药箱药量测量系统技术领域，更具体为一种基于扩展卡尔曼滤波的无人机药箱药量测量系统。

背景技术

磁性浮式霍尔液位计，是利用浮漂内嵌的永磁体与不同刻度的霍尔IC产生电磁感应而确立液位的刻度，其原理决定了其只能输出离散的液位数据。磁性浮式霍尔液位计，在飞行作业时，由于飞机的姿态变化、振动等原因会造成药箱液位及浮漂相应产生变动。叶轮式流量计测量原理式将叶轮置于被测流体中，受流体流动的冲击而旋转，以叶轮旋转的快慢来反映流量的大小,但叶轮式流量计精度受流体流动速度影响较大。

磁性浮式霍尔液位计，存在测量区间不连续、受外界扰动较大等缺点，但是在大的区间相对准确，叶轮式流量计在小的区间计算相对准确，且受飞机姿态变化、振动影响基本可以忽略，单一的测量方式无法克服使用中的缺点。因此，需要提供一种新的技术方案给予解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于扩展卡尔曼滤波的无人机药箱药量测量系统，解决了磁性浮式霍尔液位计，存在测量区间不连续、受外界扰动较大等缺点，但是在大的区间相对准确，叶轮式流量计在小的区间计算相对准确，且受飞机姿态变化、振动影响基本可以忽略，单一的测量方式无法克服使用中的缺点的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于扩展卡尔曼滤波的无人机药箱药量测量系统，包括：药箱，所述药箱的顶部设置有加水口且侧面设置有出水口，所述药箱的内部设置有磁性浮式霍尔液位计且在出口处设置有叶轮式液位计，所述磁性浮式霍尔液位计的表面设置有浮漂，所述药箱外部设置有数据采集单元和数据处理单元，所述数据采集单元通过线束与磁性浮式霍尔传感器和叶轮式流量计相连，所述数据处理单元通过线束与数据采集单元之间相连接。

作为本发明的一种优选实施方式，所述磁性浮式霍尔液位计垂直固定放置于药箱内部，所述磁性浮式霍尔液位计的浮漂行程覆盖药箱的无药与满药位置。

作为本发明的一种优选实施方式，所述药箱可以接入磁性浮式霍尔液位计和至少一个的叶轮式流量计接在药箱药液输出端。

作为本发明的一种优选实施方式，所述数据采集单元具备模数采样与脉冲捕获功能，通过模数采样与脉冲捕获获取液位值和脉冲值。

作为本发明的一种优选实施方式，所述数据处理单元包括加锁态和解锁态，所述加锁态通过液位值和脉冲值配合EKF算法得出融合药量值，所述解锁态液位值得出当前药量。

作为本发明的一种优选实施方式，所述无人机药箱药量利用EKF算法融合两路传感器测量方法如下：

步骤1：系统的要求是把两路不确定性的传感器测量值融合成一个最优估计值，可以确定系统状态列向量X^(k)和X^(k-1)是一个一维列向量；

步骤2：系统状态转移矩阵或预测矩阵F(k),由于没有测量值参与，系统状态值是恒等关系，F_k＝[1](n＝1)；系统没有输入控制，预测公式可以简化为x^(k)＝F(k)x^(k-1)；

步骤3：系统不确定性协方差矩阵P(k)和P(k-1),系统状态值个数n＝1,P_k(11)＝[0.1]；

步骤4：系统噪声方差矩阵Q(k),设置Q_k[11]＝[1e-4]；