一种多传感融合的四旋翼无人机姿态估计方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN116007632A(43)申请公布日2023.04.25(21)申请号202310041891.4(22)申请日2023.01.11(71)申请人广东工业大学地址510062广东省广州市越秀区东风东路729号(72)发明人鲁仁全范春晖陶杰(74)专利代理机构佛山市禾才知识产权代理有限公司44379专利代理师刘羽波(51)Int.Cl.G01C21/20(2006.01)G06F18/25(2023.01)权利要求书1页说明书7页附图2页(54)发明名称一种多传感融合的四旋翼无人机姿态估计方法(57)摘要本发明提供了一种多传感融合的四旋翼无人机姿态估计方法，所述方法包括以下步骤：步骤S1、建立四旋翼无人机的状态观测模型；步骤S2、通过对多通道的传感器信号进行滤波处理；步骤S3、对所述多通道的传感器信号的线性组合参数计算；步骤S4、根据所述线性组合参数计算固定轴向的传感器数值；步骤S5、构造观测模型的反求解方程，并根据观测结果进行姿态求解。本发明具有运算速度快、测量稳定性好和响应速度快的优点。CN116007632ACN116007632A权利要求书1/1页1.一种多传感融合的四旋翼无人机姿态估计方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤S1、建立四旋翼无人机的状态观测模型；步骤S2、通过对多通道的传感器信号进行滤波处理；步骤S3、对所述多通道的传感器信号的线性组合参数计算；步骤S4、根据所述线性组合参数计算固定轴向的传感器数值；步骤S5、构造观测模型的反求解方程，并根据观测结果进行姿态求解。2.如权利要求1所述的多传感融合的四旋翼无人机姿态估计方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括以下子步骤：根据所述四旋翼无人机的加速度传感器的观测数据获得加速度理论值；根据所述四旋翼无人机的磁力计的观测值获得磁力理论值；根据所述加速度理论值和所述磁力理论值建立确定模型；根据所述模型，求解四元数表示的姿态和四旋翼无人机拉力提供的加速度。3.如权利要求1所述的多传感融合的四旋翼无人机姿态估计方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下子步骤：获取实际观测到的传感器数据和理想的观测数据的误差为一组服从高斯分布的噪声；使用卡尔曼滤波器对数据进行噪声滤除；在多通道内，通过使用多传感器最优信息融合方法对数据进行串行滤波。4.如权利要求1所述的多传感融合的四旋翼无人机姿态估计方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括以下子步骤：获取三个线性无关通道的磁力计融合信号数据；根据所述融合信号数据获得线性组合；将所述线性组合引入所述状态观测模型中，获得磁力的理想测量值。5.如权利要求4所述的多传感融合的四旋翼无人机姿态估计方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括以下子步骤：根据所述线性组合反向求取相应的线性组合参数；根据所述线性组合参数应用于所述状态观测模型中，获得时刻的组合观测值。6.如权利要求1所述的多传感融合的四旋翼无人机姿态估计方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括以下子步骤：根据所述观测模型分解成拉力求解方程和姿态求解方程；根据所述拉力求解方程和姿态求解方程计算获得无人机拉力。2CN116007632A说明书1/7页一种多传感融合的四旋翼无人机姿态估计方法技术领域[0001]本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种多传感融合的四旋翼无人机姿态估计方法。背景技术[0002]四旋翼无人机是一种轻便灵活，结构简单，可垂直起降的飞行器，在多媒体、农业、工业、军事等领域有着广泛的应用。航姿参考系统是四旋翼无人机飞行器控制的重要环节，对最终控制器的控制效果有较大影响，因此为航姿参考系统设计设计高可靠性和高精度的状态估计算法具有非常重要的工程意义和应用价值。[0003]而影响四旋翼无人机姿态控制系统稳定性的因素有很多，例如系统惯量不确定性，外部风力矩干扰及由旋翼引起的陀螺力矩等干扰力矩；四旋翼无人机的执行机构为无刷直流电机，受制造工艺及高强度任务的影响可能出现部分失效故障；此外，无刷直流电机具有容许的最大瞬时电流，如果控制信号过大，导致电机的加载电流过大，有可能烧毁电机。现有四旋翼无人机状态估计方法包括：互补滤波、显式互补滤波、梯度下降、拓展卡尔曼滤波等。[0004]然而，现有的四旋翼无人机的计算性能开销大，噪声抑制性能弱，估计结果极易受单个信号影响，精确度低，稳定性差。发明内容[0005]针对以上相关技术的不足，本发明提出多传感融合的四旋翼无人机姿态估计方法，用以解决现有四旋翼无人机的计算性能开销大，噪声抑制性能弱，估计结果极易受单个信号影响，精确度低的问题。[0006]为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种多传感融合的四旋翼无人机姿态估计方法，所述方法包括以下步骤：[0007]步骤S1、建立四旋翼无人机