[发明专利]晃荡过程空运货台位姿与地面坡度检测方法

说明书

本发明涉及晃荡过程空投货台位姿检测方法。包括步骤：利用姿态传感器得到货台在近地面投放时所在平面的四元数和姿态角，即货台相对于地面的倾斜角度，利用三个激光测距模块测距获得距离，通过计算模块，获取货台离地真实高度和地面的坡度。本发明位姿检测和地面坡度检测方法能够客观准确地测量出货台的姿态和地面的坡度，不受地形、环境和人眼误判影响，通过对地面不断的测量，能适应复杂地面情况。本发明可应用于空运空投辅助装置领域。

一、技术领域

本发明属于空运输送辅助装置领域，特别适用于重大灾难复杂环境下的直升机吊装空运与空投。

二、背景技术

在重大地质灾害发生时，需要利用直升机吊装吊运应急救援装备到达灾区进行救援。为了防止吊装货台倾斜着陆引起大冲击与装备损坏，需要在离地面约10-20米时检测货台晃荡过程中整体的倾斜角度、离地高度和地面坡度。目前公知的高程检测装置有气压计、激光测距仪和超声波测距传感器，只能检测出货台离地高度，不能获得货台在10-20米时的货台姿态和地面坡度。

因此，为了解决上述现有技术的诸多不足和缺陷，有必要研究一种低空空投货台位姿和地面检测装置，为安全、有效的空投任务提供保障。

三、发明内容

为了克服现有的测量装置不能在有坡度地面准确直接检测出空投货台四个角的真实离地高度、地面坡度的问题而提出本发明，并且本发明的一个目的在以提供一种低空空投货台位姿和地面检测装置和方法。该检测装置包括：

在空投货台一个角安装一个姿态传感器，可以输出货台所在平面的四元数和姿态角，即在空间直角坐标系下的货台平面的法向量和相对于水平地面的横向和纵向的倾斜角度。

在空投货台三个角安装三个激光测距模块，获得的是垂直于货台并投向地面的距离(货台处于倾斜状态时，激光测距模块并不垂直照射于地面)。

通过姿态传感器和激光测距模块以及嵌入式处理器中的计算处理模块三者联合解算获得货台与地面的真实高度和地面的坡度。

(1)建立空间直角坐标系，通过姿态传感器获得四元数和姿态角，以及货台平面的法向量。

(2)通过向量角公式计算获得平台的倾斜角度。

(3)利用平面方程和激光测距仪获得的距离计算出地面各点的坐标。

(4)利用矩阵计算获得地面的法向量，在利用向量公式获得地面坡度。

四、附图说明

图1示出了晃荡过程空运货台位姿与地面坡度检测装置示意图

图2示出了晃荡过程空运货台位姿与地面坡度检测方法原理图

图3示出了晃荡过程空运货台位姿与地面坡度检测方法原理图

五、具体实施方式

地面坡度获取方法

以货台平面建立空间直角坐标系，以货台OE边所在直线为空间直角坐标系的Y轴，以 OD边为空间直角坐标系的X轴，以货台高度边为Z轴，垂直于货台向下为Z轴正方向。

已知货台尺寸长宽(长度为a)、(长度为b)，货台本身厚度与计算无关，因此不纳入计算。货台各角坐标D(b，0，0)，O(0，0，0)，E(0，a，0)，F(b，a，0)，投射在地面的点坐标B(x₁，y₁，z₁)，A(x₂，y₂，z₂)，C(x₃，y₃，z₃)。