[发明专利]基于容错处理的无人飞行器高度测量控制系统及控制方法

摘要

本发明公开了一种无人飞行器高度测量控制系统及控制方法，该控制系统包括高度表模块、卫星导航模块、惯性测量模块以及计算处理模块；高度表模块，实时测量所述无人飞行器对地距离；卫星导航模块，实时接收处理卫星信号，测量所述无人飞行器飞行位置及方向；惯性测量模块，实时测量所述无人飞行器姿态角速度及加速度；计算处理模块，以并行方式接收高度表模块、卫星导航模块及惯性测量模块的数据，计算获得高度测量数据；按照本发明实现的无人飞行器高度测量控制系统及其控制方法，能综合处理高度表故障、卫星导航故障或两者均故障的情况，使控制系统最大限度保证飞行器高度稳定。

主权项

1.一种基于容错处理的无人飞行器高度测量控制系统的控制方法，该控制系统包括高度表模块(1)、卫星导航模块(2)、惯性测量模块(3)以及计算处理模块(4)；所述高度表模块(1)，实时测量所述无人飞行器对地距离；所述卫星导航模块(2)，实时接收处理卫星信号，测量所述无人飞行器飞行位置及方向；所述惯性测量模块(3)，实时测量所述无人飞行器姿态角速度及加速度；所述计算处理模块(4)，以并行方式接收所述高度表模块(1)、所述卫星导航模块(2)及所述惯性测量模块(3)的数据，计算获得高度测量数据；其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：预先采集所述无人飞行器的工作区域的地形数据并存储在所述计算处理模块(4)中；所述地形数据采用如下二维网格数据格式：其中i＝1,2,…,n，j＝1,2,…,m，为将所述工作区域划分的m×n大小的网格中一节点位置的经纬度坐标，H_i,j为网格节点对应地点的地面海拔高度；所述卫星导航模块(2)获得所述无人飞行器位置数据，所述位置数据主要为：经度λ、纬度所述计算处理模块(4)通过二维双线性插值算法获得所述无人飞行器正下方地面的海拔高度近似值H_DM；所述计算处理模块(4)获取所述卫星导航模块(2)数据及所述惯性测量模块数据(3)，采用组合导航滤波算法计算得到所述无人飞行器的位置数据包括经度λ、纬度海拔高度H_sat；姿态数据包括滚动角速度ω_x、偏航角速度ω_y、俯仰角速度ω_z及滚动角γ、偏航角ψ、俯仰角θ、速度V；所述计算处理模块(4)根据如下步骤对所述高度表模块(1)的数据、所述卫星导航模块(2)数据、所述惯性测量模块(3)的数据进行容错处理计算以获得用于飞行器高度控制的综合海拔高度H_ctrl：情况1：当所述高度表模块(1)、所述卫星导航模块(2)、所述惯性测量模块(3)均工作正常，采用H_ctrl＝H_gdb+H_DM或H_ctrl＝H_sat计算综合海拔高度，其中H_gdb为所述计算处理模块(4)采集所述高度表模块(1)数据获得所述无人飞行器对地距离；情况2：当所述高度表模块(1)于t＝t_{gdb_F}时刻故障，但所述卫星导航模块(2)、所述惯性测量模块(3)均工作正常，按以下公式计算综合海拔高度：其中表示所述高度表模块(1)故障前所述计算处理模块(4)最后一次记录的综合海拔高度正常值；情况3：当所述卫星导航模块(2)于t＝t_{sat_F}时刻故障，但所述高度表模块(1)、所述惯性测量模块(3)均工作正常，按以下公式计算综合海拔高度：其中表示所述卫星导航模块(2)故障前所述计算处理模块(4)最后一次记录的综合海拔高度正常值；情况4：当所述卫星导航模块(2)及所述高度表模块(1)于t＝t_{sat_gdb_F}时刻均故障，但所述惯性测量模块(3)工作正常，按以下公式计算综合海拔高度：其中所述卫星导航模块(2)及所述高度表模块(1)均故障前所述计算处理模块(4)最后一次记录的所述无人飞行器海拔高度正常值，V_XH为飞行器的平均速度，预先存储在所述计算处理模块(4)中。