[发明专利]一种无人机航向角动态校定方法

说明书

本发明是一种无人机航向角动态校定方法，通过惯性测量单元IMU姿态解算出的航向，当飞行航向出现干扰时，通过GPS获得无人机在地理坐标系N系下实时北和东方向的速度分量可以得出无人机实际飞行速度方向，再由GPS得到的无人机实际飞行速度方向与IMU姿态解算给出的飞行航向的偏差积分，来对航向角进行纠偏，实现动态校定无人机的航向角的功能，当飞行航向未被干扰时，可通过无人机飞控系统直接控制无人机的飞行航向。该种校定方法通过全球定位系统GPS得到的无人机实际飞行速度方向与给出的飞行航向的偏差积分，来对航向角进行纠偏，达到航向角动态校定的目的，从而提高无人机的飞行性能。

技术领域

本发明是涉及无人机控制技术领域，具体的说是一种无人机航向角动态校定方法。

背景技术

近年来，多旋翼无人机技术不断发展成熟，由地面到天空，已然成为二维向三维的革命式创新。多旋翼无人机一般采用卫星导航设备(如全球定位系统(GPS))，地磁计，陀螺仪，加速度计等传感器，完成对无人机航向，飞行姿态，位置等航行参数的测量。由于飞机在动态飞行过程中易受众多不确定因素干扰，易偏离设定的航线，从而会导致飞行任务的失败。要使无人机准确无误的完成指定任务，首当其冲必须保证无人机在飞行过程中沿着指定航向作业，因此对无人机航向角动态校定变得至关重要。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种无人机航向角动态校定方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种无人机航向角动态校定方法，其特征在于：通过惯性测量单元IMU姿态解算出的航向，通过GPS获得无人机在地理坐标系N系下实时北和东方向的速度分量可以得出无人机实际飞行速度方向，再由GPS得到的无人机实际飞行速度方向与IMU姿态解算给出的飞行航向的偏差积分，来对航向角进行纠偏，实现动态校定无人机的航向角的功能，具体步骤如下：

步骤1，根据陀螺仪采集到的旋转角度数据通过计算得出的四元数q₀，q₁，q₂，q₃；

步骤2，对无人机飞行过程中的陀螺仪、地磁计和加速度计的数据进行融合，通过惯性测量单元IMU利用四元数姿态解算算法算出无人机的飞行航向ψ，所述的无人机的飞行航向ψ，如下式所示：

步骤3，利用GPS获得无人机在地理坐标系N系下实时北和东方向的速度分量为vn，ve，再根据反正切函数可解算出无人机实际飞行速度方向ψ₀，如下式所示：

ψ₀＝-atan2(ve，vn)；

步骤4，将GPS得到的实际无人机飞行速度方向ψ₀与IMU姿态解算后给出的无人机飞行航向ψ作差，俩者差值作为误差值Ek,如下式所示:

E_k＝ψ₀-ψ

步骤5，通过GPS得到的实际无人机飞行速度方向与IMU姿态解算给出的飞行航向的偏差Ek积分，来对航向角进行纠偏：

积分结果补偿到IMU的最终航向角ψ：

其中，n为IMU更新的频率相对于GPS更新频率的倍数。

步骤1中四元数q₀，q₁，q₂，q₃的计算过程如下：