一种多旋翼无人机的组合测向方法
【专利摘要】本发明公开了一种多旋翼无人机的组合测向方法，包括如下步骤：系统初始化后，校正BD/GPS导航测向模块，再校正磁力计；当无人机无干扰时，以BD/GPS测向系统为主，磁力计测向系统为辅进行组合测向，对磁力计的测向数据使用最小二乘准则配准法进行配准，将磁力计的测向数据与BD/GPS导航测向模块的测向数据一致时的测向数据作为测量结果；当磁力计受到干扰时，使用BD/GPS导航测向模块进行测量，当BD/GPS导航测向模块定位不准或测向角度不收敛时，使用磁力计进行测量；以及输出测向数据。本发明提高了多旋翼无人机系统测向精度，满足多种任务对测向的要求，具有较强的抗干扰能力。
【专利说明】
-种多旋翼无人机的组合测向方法
技术领域
[0001] 本发明设及无人机飞行器领域，特别是指一种多旋翼无人机的组合测向方法。
【背景技术】
[0002] 多旋翼无人机飞行器是一种新型的旋翼飞行器，有着多个对称分布在机体四周、 正反转成对的旋翼，具有垂直起降、稳定悬停和自主巡航能力的微小型飞行器，在民用和军 事领域有着广阔的应用前景。该类飞行器普遍采用电能驱动，具有结构简单、飞行稳定、易 于操控(配合飞行控制系统）、低噪声无污染、携带方便、安全危害性小等特点，非常适合于 执行中短距离的飞行任务。近年来，多旋翼无人飞行器逐渐引起了国内外的极大关注，相继 诞生了一些典型产品。
[0003] 现有的多旋翼无人机都是通过单个磁力计进行测向，测向精度差，局限性很大，不 能满足现有精确测向的要求。另一个方面由于磁力计本身制造原因、飞行器载荷和飞行环 境的变化，会导致磁力计外部磁场环境的改变，通过测量和解算出的航向有误差，影响到多 旋翼飞行器的正常飞行。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明的目的在于提出一种多旋翼无人机的组合测向方法，测向精度 高、抗干扰、系统可靠且易于工程实现，克服了现有方案的不足。
[0005] 基于上述目的，本发明实施例提供的一种多旋翼无人机的组合测向方法，包括如 下步骤：
[0006] 系统初始化后，校正BD/GPS导航测向模块，再校正磁力计；
[0007] 当无人机无干扰时，W抓/GPS测向系统为主，磁力计测向系统为辅进行组合测向， 对磁力计的测向数据使用最小二乘准则配准法进行配准，将磁力计的测向数据与BD/GPS导 航测向模块的测向数据一致时的测向数据作为测量结果；
[0008] 当磁力计受到干扰时，使用BD/GPS导航测向模块进行测量，当BD/GPS导航测向模 块定位不准或测向角度不收敛时，使用磁力计进行测量；
[0009] 输出测向数据；
[0010] 其中GI^表示全球定位系统，抓表示北斗卫星导航系统。
[0011] 优选的，所述校正BD/GPS导航测向模块的步骤包括:先将多旋翼无人机放置在指 北的基准线上，再让带有主副天线的连线与基准线重合，然后在连续获取多次数据后计算 飞机控制系统的固定偏差，代入到飞机的控制系统进行校正。
[0012] 优选的，所述再校正磁力计的步骤包括:先将多旋翼无人机放置在指北的基准线 上，再让带有主副天线的连线与基准线重合，然后在连续获取多次数据后计算飞机控制系 统的固定偏差，代入到飞机的控制系统进行校正。
[0013] 优选的，其特征在于，所述固定偏差的计算公式为： ：其中S为固定偏差 Xi为第i次的偏差，N为大于等于1的自然数。
[0014] 优选的，其特征在于，使用最小二乘准则配准法进行配准的计算公式为：
其中殘为磁力计的配准测量值，;x"1荷！ 为量测噪声方差，n是量测一个长周期内的量测次数，Zi为对应每次量测的量测值，ci = -2/ n;C2 = 6/[n(n+l)]，够^是磁力计量测噪声方差。
[0015] 从上面所述可W看出，本发明提供一种多旋翼无人机的组合测向方法与现有技术 方法相比具有W下有益效果：利用抓/GPS测向系统（其中GPS是英文Global Positioning System(全球定位系统）的缩写，抓指我国自主研发的北斗卫星导航系统的缩写）和磁力计 进行组合测向，设计了地面精确校正、空中组合测向策略和干扰条件下的组合测向策略，运 样提高了多旋翼无人机系统测向精度，满足多种任务对测向的要求，具有较强的抗干扰能 力，而现有技术是通过机载单磁力计测向，测向误差较大，易受外部信号干扰，与现有技术 相比，本发明的测向系统测向精度高、抗干扰性强、更可靠。
【附图说明】
[0016] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可W 根据运些附图获得其他的附图。
[0017] 图1为本发明实施例的多旋翼无人机的组成结构的示意图；
[0018] 图2为本发明实施例的多旋翼无人机的组合测向系统结构的示意图；
[0019] 图3为本发明实施例的多旋翼无人机的组合测向方法的流程图。
【具体实施方式】
[0020] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，W下结合具体实施例，并参照 附图，对本发明进一步详细说明。
[0021] 需要说明的是，本发明实施例中所有使用"第一"和"第二"的表述均是为了区分两 个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见"第一""第二"仅为了表述的方便，不应 理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
[0022] 本发明实施例提供一种多旋翼无人机的组合测向方法，其包括
[0023] 校正抓/GPS导航测向模块，再校正磁力计；
[0024] 当无人机无干扰时，对磁力计的测向数据使用最小二乘准则配准法进行配准，将 磁力计的测向数据与BD/GPS测向数据一致时的数据作为测量结果；
[0025] 当磁力计受到干扰时，使用BD/GPS导航测向模块进行测量；
[0026] 当BD/GPS导航测向模块定位不准或测向角度不收敛时，使用磁力计进行测量。
[0027] W下结合附图对本发明的多旋翼无人机的组合测向方法进行详细说明。
[0028] 如图1所示，为多旋翼无人机的组成结构的示意图。如该图1所示，多旋翼无人机包 括飞机框架、控制系统、电源系统、天线系统和任务系统等。如图2所示，为本发明实施例的 多旋翼无人机的组合测向系统结构的示意图。该多旋翼无人机的组合测向系统包括BD/GPS 导航测向模块(未图示）、磁力计3、飞行控制部件(未图示）、导航定位主天线1和测向副天线 2,导航定位主天线I安装在飞机中间，保证飞机定位导航;测向副天线2安装在飞机飞行方 向的直臂上，可W保证测向的基线长度;磁力计3水平安装在母电路板上，保证X轴方向与机 头方向一致，同时满足右手螺旋定则。
[0029] 上述本发明实施例的多旋翼无人机的组合系统采用了抓/GPS导航测向模块。优选 地，该多旋翼无人机的组合系统也可W采用抓/GPS/GL0NASS导航定位模块。无论是采用抓/ GPS导航测向模块还是抓/GPS/GL0NASS导航定位模块，比单一 GI^导航定位多出了一个抓定 位模式或抓和化ONASS两个定位模式，增加了能够接收定位信号的频点，扩展了频带宽度， 增强了抗干扰的能力。其中化ONASS是俄罗斯研发的全球卫星导航系统化OBAL NAVIGATION SATEliJTE SYST化dquo的缩写。
[0030] 如图3所示，为本发明实施例的多旋翼无人机的组合测向方法的流程图，其示出了 本发明的多旋翼无人机的组合测向方法的一个实施例，具体过程如下：
[0031] 1)、地面校正步骤
[0032] 在该地面校正步骤中，首先启动系统进行初始化操作，初始化成功后校正BD/GPS 双模测向系统，然后再校正磁力计。具体地，在抓/GPS双模测向系统校正前，将多旋翼无人 机放置在指北基准线上，让带有天线的双臂垂直投影与基准线重合，在连续获取100次数据 后，按照下列公式（1)计算系统固定偏差^，将该固定偏差》代入到飞机的控制系统中进行 校正，完成抓/GPS校准后，按照同样方法校正磁力计。
[0033]
…
[0034] 其中N为大于等于1的自然数，本实施中N= 100;Xi为第i次的偏差。
[0035] 2 )、无干扰条件下的空中组合测向步骤
[0036] 当无人机无干扰时，组合侧向时，组合侧向的对象W抓/GPS测向系统为主，磁力计 测向系统为辅，然后将测得的侧向数据输出。由于磁力计的数据率一般远高于BD/GPS测向 数据率，但是测向精度低于BD/GPS测向精度，运样可W使用最小二乘准则配准法对磁力计 的数据进行配准，W保证磁力计的测向数据与BD/GPS测向数据一致，具体公式如（2)和(3) 所示，其中霉为磁力计的配准测量值，i，。带;!为量测噪声方差，n是抓/GPS测向模块两个量 巧顺隔内磁力计的量次数，Z功对应每次量测的量测值。
[0037] (2)
[00測 ㈱
[0039] 3 )、干扰条件下的组合测向步骤
[0040] 当BD/GPS测向系统定位质量较差或者测向角度不收敛时，自动切换到磁力计测向 系统进行测量，当磁力计测向系统受到干扰时，自动切换到BD/GPS测向系统进行测量，最后 输出测向数据。
[0041] 所属领域的普通技术人员应当理解：W上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非 旨在暗示本公开的范围（包括权利要求)被限于运些例子;在本发明的思路下，W上实施例 或者不同实施例中的技术特征之间也可W进行组合，步骤可W W任意顺序实现，并存在如 上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在 本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。
【主权项】
1. 一种多旋翼无人机的组合测向方法，其特征在于，包括如下步骤： 系统初始化后，校正rnVGPS导航测向模块，再校正磁力计； 当无人机无干扰时，以BD/GPS测向系统为主，磁力计测向系统为辅进行组合测向，对磁 力计的测向数据使用最小二乘准则配准法进行配准，将磁力计的测向数据与BD/GPS导航测 向模块的测向数据一致时的测向数据作为测量结果； 当磁力计受到干扰时，使用BD/GPS导航测向模块进行测量，当BD/GPS导航测向模块定 位不准或测向角度不收敛时，使用磁力计进行测量； 输出测向数据； 其中GPS表示全球定位系统，K)表示北斗卫星导航系统。2. 根据权利要求1所述的多旋翼无人机的组合测向方法，其特征在于，所述校正BD/GPS 导航测向模块的步骤包括:先将多旋翼无人机放置在指北的基准线上，再让带有主副天线 的连线与基准线重合，然后在连续获取多次数据后计算飞机控制系统的固定偏差，代入到 飞机的控制系统进行校正。3. 根据权利要求1所述的多旋翼无人机的组合测向方法，其特征在于，所述再校正磁力 计的步骤包括:先将多旋翼无人机放置在指北的基准线上，再让带有主副天线的连线与基 准线重合，然后在连续获取多次数据后计算飞机控制系统的固定偏差，代入到飞机的控制 系统进行校正。4. 根据权利要求2或3所述的一种多旋翼无人机的组合测向方法，其特征在于，所述固 定偏差的计算公式为3 = 其中$为固定偏差Xl为第i次的偏差，N为大于等于1的自 然数。5. 根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机的组合测向方法，其特征在于，使用最小二 乘准则配准法进行配准的计算公式为其中乾为磁力计的配准测量值，胃为量测噪声方差，η是量测一个长周期内的量测次 数，Zl为对应每次量测的量测值，Cl = -2/n;C2 = 6/[n(n+l)]，;_是磁力计量测噪声方差。
【文档编号】G01C17/02GK105954782SQ201610407317
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月12日
【发明人】李丹
【申请人】李丹