基于姿态角估计的四旋翼飞行器多传感器故障诊断方法.docx

基于姿态角估计的四旋翼飞行器多传感器故障诊断方法
标题：基于姿态角估计的四旋翼飞行器多传感器故障诊断方法
摘要：
四旋翼飞行器在航空领域具有广泛的应用前景。为确保四旋翼飞行器飞行的安全性和可靠性，传感器故障的诊断和修复变得尤为重要。本论文提出了一种基于姿态角估计的四旋翼飞行器多传感器故障诊断方法。首先进行姿态角估计，然后通过对比传感器读数和姿态角估计值之间的差异，检测和定位传感器故障。通过对多个传感器读数进行一致性检验，确定故障传感器的类型。通过实验验证，该方法能够有效地检测和定位传感器故障，并提供准确的故障诊断结果。
关键词：四旋翼飞行器，姿态角估计，传感器故障，多传感器一致性检验，故障诊断
1.引言
随着无人机技术的快速发展，四旋翼飞行器已经成为航空领域的重要研究课题。然而，四旋翼飞行器在复杂环境下操作时面临着飞行的挑战。为确保飞行器的安全性和可靠性，传感器故障的诊断和修复是至关重要的。本文旨在提出一种基于姿态角估计的四旋翼飞行器多传感器故障诊断方法，从而提高飞行器的飞行安全性。
2.方法
2.1姿态角估计
姿态角是四旋翼飞行器进行导航和控制的重要参数。常用的姿态角估计方法包括基于传感器融合的卡尔曼滤波和基于模型的扩展卡尔曼滤波方法。本文采用基于模型的扩展卡尔曼滤波方法进行姿态角估计，该方法结合了飞行器模型和传感器读数，能够准确地估计飞行器的姿态角。
2.2传感器故障检测和定位
在姿态角估计的基础上，通过对比传感器读数和姿态角估计值之间的差异，可以检测和定位传感器故障。当传感器读数与姿态角估计值之间的差异超过一定阈值时，即可判断传感器出现故障。通过计算不同传感器的读数与姿态角估计值的差异，可以确定故障传感器的类型。
2.3多传感器一致性检验
为进一步确认故障传感器的类型，可采用多传感器一致性检验方法。通过对多个传感器读数进行一致性检验，确定当前是否存在故障传感器。若多个传感器读数之间存在较大差异，则可判断当前存在传感器故障。根据差异的大小和传感器读数的准确性，可以确定故障传感器的类型。
3.实验验证
为验证本文提出的方法的有效性，进行了实验验证。实验采用了一架四旋翼飞行器，并配置了多个传感器，包括陀螺仪、加速度计和磁力计等。通过实时采集传感器读数和进行姿态角估计，检测和定位传感器故障，并进行多传感器一致性检验。实验结果表明，该方法能够有效地检测和定位传感器故障，并提供准确的故障诊断结果。
4.结论
本文提出了一种基于姿态角估计的四旋翼飞行器多传感器故障诊断方法。通过姿态角估计、传感器故障检测和定位以及多传感器一致性检验，能够有效地检测和定位传感器故障，并提供准确的故障诊断结果。该方法具有实施简单、准确性高的优点，能够提高四旋翼飞行器的飞行安全性和可靠性。
参考文献：
[1]Li,X.,Song,Y.andWang,L.,2018.FaultdetectionofaquadrotorunmannedaerialvehiclebasedonunscentedKalmanfilterandasimplifieddynamicsmodel.JournalofIntelligent&RoboticSystems,89(3-4),pp.707-722.
[2]Goonetilleke,S.,Tran,D.T.,Do,T.T.andNguyen,H.T.,2021.DesignandsimulationofanaugmentedKalmanfilterforquadrotorUAVstateestimationinGPS-deniedenvironments.AerospaceScienceandTechnology,118,p.106170.
[3]Zhang,H.,Lu,X.andSheng,Q.,2021.AdaptiveKalmanfilter-baseddynamicneuralnetworkforfaultdetectionanddiagnosisofquad-rotorlandinggear.AerospaceScienceandTechnology,117,p.106073.