[发明专利]基于自适应梯度下降法的旋翼飞行器组合导航方法及系统

说明书

本发明是关于一种基于自适应梯度下降法的旋翼飞行器组合导航方法及系统。该旋翼飞行器组合导航方法，包括：获取飞行器的加速度计和陀螺仪量测值；根据加速度向量模长调节梯度下降的步长；基于采用调节后的所述步长的梯度下降法通过所述加速度计确定第一姿态四元数；基于所述陀螺仪量测值确定第二姿态四元数；将所述第一姿态四元数和所述第二姿态四元数经过权重配比获得最终的飞行器姿态信息。本发明通过估算飞行器运动加速度动态修正姿态解算误差函数与梯度下降的步长，同时加入故障检测机制，降低了运动加速度对强机动状态下姿态解算的影响，提升了组合导航滤波器的估计精度与容错性能。

技术领域

本发明实施例涉及飞行器导航技术领域，尤其涉及一种基于自适应梯度下降法的旋翼飞行器组合导航方法、系统及计算机可读存储介质。

背景技术

旋翼式飞行器具有强大的环境适应能力、自主起飞与着陆能力、灵活机动特性和飞行地域限制小等特点，使其能够胜任一般固定翼飞行器无法完成的任务，因而在消防救援、电力线路巡检、新闻报道、精准投放、农药喷洒、军用侦查等各大领域得到广泛应用。

旋翼式飞行器在具备高度稳定性与泛用性的同时，其控制与导航系统相较于固定翼飞行器更加复杂，对自主控制设计的要求较高，其中对姿态解算的速度与精度直接影响了多旋翼飞行器飞行过程的稳定性与鲁棒性。

相关技术中，捷联惯性导航(strapdown inertial navigation system,SINS)作为一种的自主式导航方式，具有体积小、无地域限制、全自主性、成本低廉等优势，广泛应用于飞行器制导、水下导航、车辆导航等领域，常与全球卫星导航系统(global navigationsatellite system,GNSS)进行信息融合，形成优势互补，达到全天候、全天时的连续准确导航。

关于上述技术方案，发明人发现至少存在如下一些技术问题：

当多旋翼飞行器在复杂环境下作强机动飞行时，卫星导航信号较为脆弱，极易发生信号中断或跳变，污染组合导航滤波器的状态估计值；同时强机动、高速的飞行环境会充分暴露加速度计动态性能差的缺陷，机体产生的运动加速度将严重影响导航系统的姿态解算过程，使其精度下降甚至发散，对飞行器飞行安全造成威胁与隐患。

因此，有必要改善上述相关技术方案中存在的一个或者多个问题。

需要注意的是，本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的技术方案提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于自适应梯度下降法的旋翼飞行器组合导航方法、系统及计算机可读存储介质，进而至少在一定程度上解决针对梯度下降算法处于飞行器不同飞行状态切换下收敛速度慢导致组合导航系统估计值不准的问题等，由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。

本发明首先提供一种基于自适应梯度下降法的旋翼飞行器组合导航方法，包括：

获取飞行器的加速度计和陀螺仪量测值；

根据加速度向量模长调节梯度下降的步长；

基于采用调节后的所述步长的梯度下降法通过所述加速度计确定第一姿态四元数

基于所述陀螺仪量测值确定第二姿态四元数；

将所述第一姿态四元数和所述第二姿态四元数经过权重配比获得最终的飞行器姿态信息。

本发明中，获取飞行器的加速度计和陀螺仪量测值，还包括：

通过捷联惯性导航获取飞行器的陀螺仪量测值；

通过全球卫星导航获取飞行器的加速度计。

本发明中，根据加速度向量模长调节梯度下降的步长，还包括：