无人机、无人机的测距滤波方法及基于该方法的测距方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无人机技术领域，无人机、无人机的测距滤波方法及基于该方法的测距方法。
【背景技术】
[0002]无人机要实现低空尤其是近地面的自主飞行，除了要知道无人机当前的海拔高度夕卜，还需知道无人机相对于地面的高度。无人机的海拔高度信息一般通过气压计、GPS等测量得到，无人机相对于地面高度，可以使用声呐测距、激光测距、微波雷达测距、以及机器视觉测量方法等方式得到。
[0003]激光测距方案容易受到光线的影响且价格成本较高。机器视觉的测距方案算法较为复杂且也容易受到光线的影响。而声呐测距不受光线影响，可全天候使用，且价格成本低廉，系统复杂性低。现有应用声呐测距环境与在无人机上使用的环境截然不同，例如安装在移动的机器人上，或者安装在固定的空间内等等，在此类环境下声呐测传感器测得的数据本身就较为准确，不需要进行复杂的滤波操作。
[0004]而无人机环境与其他环境有截然不同的特点，例如:无人机螺旋桨高速转动引起的机身高频振动；螺旋桨转动引起的气流扰动；无人机在飞行过程中的姿态快速反复倾斜变化；螺旋桨在高速转动过程中引起的电源不稳定；无人机对地测距时，地面环境较为复杂等。这些复杂的情况都会给无人机机载声呐测距引入较为严重噪声，甚至会使得测距失败，因此必须针对无人机本身的特点设计适合无人机环境应用的测距滤波算法。
【发明内容】
[0005]本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。
[0006]为此，本发明的一个目的在于提出一种无人机的测距滤波方法，该方法能够滤除无人机环境下声呐传感器的测量噪声，滤波效果好，且无相位延时，提高了声呐传感器数据测量的准确性和稳定性。
[0007]本发明的另一个目的在于提供一种无人机。
[0008]本发明的第三个目的在于提出一种基于无人机的测距滤波方法的测距方法。
[0009]为了实现上述目的，本发明第一方面的实施例提出了一种无人机的测距滤波方法，包括以下步骤:S1:确定无人机的初始距离缓存队列和初始移动速度缓存队列，包括:Sll:对利用声呐测距方法在预设时间内测量的连续的N个距离进行求导，以得到所述无人机的N-1个移动速度；S12:求取所述N-1个移动速度的方差；S13:判断所述方差是否小于或等于第一预设值；S14:如果是，则将所述N个距离组成初始距离缓存队列，并将所述N-1个移动速度组成初始移动速度缓存队列；S2:根据初始距离缓存队列和初始速度对当前测量的距离进行滤波，以得到所述无人机的实际飞行距离，包括:S21:将所述初始距离缓存队列中第一个测量得到的距离移出队列，并根据剩余的N-1个距离和当前测量的距离执行所述Sll至S12 ;S22:判断当前求取的方差是否小于或等于第二预设值；S23:如果是，则用所述当前测量的距离替换所述初始距离缓存队列中第一个测量得到的距离，以更新所述初始距离缓存队列，并将所述当前测量的距离作为所述无人机的实际飞行距离。
[0010]根据本发明实施例的无人机的测距滤波方法，首先确定声呐传感器测量的初始距离，对初始距离求导，得到无人机当前的移动速度，并且对连续的移动速度求方差，通过判断方差大小确定当前测量的距离是否有效，若当前测量的距离满足条件，则认为当前测量的距离有效，且更新初始距离数据；若当前测量的距离不满足条件，则预测一个距离作为新的当前测量的距离，且不更新初始距离数据。本方法能够滤除无人机环境下声呐传感器的测量噪声，滤波效果好，且无相位延时，提高了声呐传感器数据测量的准确性和稳定性。
[0011]另外，根据本发明上述实施例的无人机的测距滤波方法还可以具有如下附加的技术特征:
[0012]在一些示例中，在所述步骤S22之后，还包括:S24:如果所述当前求取的方差大于第二预设值，则将所述初始距离缓存队列中第N个测量得到的距离移出队列，并根据剩余的N-1个距离和当前测量的距离执行所述Sll和S12，并判断得到的速度方差是否小于或等于第二预设值；S25:如果得到的速度方差小于或等于第二预设值，则用所述当前测量的距离替换所述初始距离缓存队列中第N个测量得到的距离，以更新所述初始距离缓存队列，并将所述当前测量的距离作为所述无人机的实际飞行距离。
[0013]在一些示例中，在所述S24之后，还包括:S26:如果得到的速度方差大于所述第二预设值，则将所述当前测量的距离加入新的缓存队列中，并在所述新的缓存队列达到N个距离时，对所述新的缓存队列求导，并求得对应N-1个移动速度的方差，如果所述新的缓存队列对应的N-1个移动速度的方差小于或等于所述第二预设值，则用所述新的缓存队列替换所述初始距离缓存队列，并将所述当前测量的距离作为所述无人机的实际飞行距离。
[0014]在一些示例中，在所述S26之后，还包括:S27:如果所述新的缓存队列对应的N_1个移动速度的方差大于所述第二预设值，则忽略所述当前测量的距离，并利用上一次测量的距离和速度得到所述无人机的当前位置估计值，并作为所述无人机的实际飞行距离，其中，所述无人机的当前位置估计值通过如下公式计算:
[0015]d_new = d_pre+v_pre*t,
[0016]其中，d_new为所述无人机的当前位置估计值，d_pre为上一次测量的距离，v_pre为上一次测量的速度，t为时间。
[0017]，其中，d_new为所述无人机的当前位置估计值，d_pre为上一次测量的距离，v_pre为上一次测量的速度，t为时间。在一些示例中，还包括:当利用声呐测距方法连续测量距离失败的次数大于预定次数，或者连续测量得到的噪声个数大于预定个数，则清空所述初始距离缓存队列，并重新确定无人机的初始距离缓存队列和初始移动速度缓存队列。
[0018]在一些示例中，所述第一预设值根据所述无人机的最大加速度参数确定，具体为:
[0019]Tl〈(a*t)2，
[0020]其中，Tl为所述第一预设值，a为所述无人机的最大加速度，t为所述预设时间。[0021 ] 在一些示例中，所述第二预设值为所述第一预设值的两倍。
[0022]在一些示例中，在所述Sll之前，还包括:利用声呐测距方法测量得到连续的M个距离，其中，所述M大于所述N ;从所述M个距离中提取N个最大距离，并根据所述N个最大距离确定无人机的初始距离缓存队列和初始移动速度缓存队列。
[0023]在一些示例中，在所述S13之后，还包括:如果所述方差大于所述第一预设值，则将所述初始距离缓存队列中第一个测量得到的距离移出队列，并将最新测量的距离移入所述初始距离缓存队列，直至所述方差小于或等于所述第一预设值。
[0024]本发明第二方面的实施例还提供了一种无人机，包括:声呐传感器，设置在所述无人机上用于测距；测量模块，所述测量模块用于确定无人机的初始距离缓存队列和初始移动速度缓存队列，具体包括:所述测量模块用于对所述声纳传感器在预设时间内测量的连续的N个距离进行求导，以得到所述无人机的N-1个移动速度，并求取所述N-1个移动速度的方差，并判断所述方差是否小于或等于第一预设值，以及在所述方差小于或等于所述第一预设值时，将所述N个距离组成初始距离缓存队列，并将所述N-1个移动速度组成初始移动速度缓存队列；滤波模块，所述滤波模块用于根据初始距离缓存队列和初始速度对当前测量的距离进行滤波，以得到所述无人机的实际飞行距离，具体包括:所述滤波模块将所述初始距离缓存队列中第一个测量得到的距离移出队列，并对剩余的N-1个距离和当前测量的距离进行求导，得到N-1个移动速度，并求取所述N-1个移动速度的第一方差，并判断所述第一方差是否小于或等于第二预设值，并在所述第一方差小于或等于第二预设值时，用所述当前测量的距离替换所述初始距离缓存队列中第一个测量得到的距离，以更新所述初始距离缓存队列，并将所述当前测量的距离作为所述无人机的实际飞行距离。
[0025]根据本发明实施例的无人机，首先确定声呐传感器测量的初始距离，对初始距离求导，得到无人机当前的移动速度，并且对连续的移动速度求方差，通过判断方差大小确定当前测量的距离是否有效，若当前测量的距离满足条件，则认为当前测量的距离有效，且更新初始距离数据；若当前测量的距离不满足条件，则预测一个距离作为新的当前测量的距离，且不更新初始距离数据。本发明能够滤除无人机环境下声呐传感器的测量噪声，滤波效果好，且无相位延时，提高了声呐传感器数据测量的准确性和稳定性。
[0026]另外，根据本发明上述实施例的无人机还可以具有如下附加的技术特征:
[0027]在一些示例中，所述滤波模块还用于在所述第一方差大于第二预设值时，将所述初始距离缓存队列中第N个测量得到的距离移出队列，并根据剩余的N-1个距离和当前测量的距离求取第二方差，并在所述二方差小于或等于所述第二预设值时，用所述当前测量的距离替换所述初始距离缓存队列中第N个测量得到的距离，以更新所述初始距离缓存队列，并将所述当前测量的距离作为所述无人机的实际飞行距离。
[0028]在一些示例中，所述滤波模块还用于在所述第二方差大于所述第二预设值时，将所述当前测量的距离加入新的缓存队列中，并在所述新的缓存队列达到N个距离时，对所述新的缓存队列求导，并求得对应N-1个移动速度的方差，并在所述新的缓存队列对应的N-1个移