[发明专利]一种适用于低空无人机的高度测量系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及无人机飞行高度测量技术领域。

背景技术

无人机在起飞和着陆过程当中，尤其是在自主飞行中的起飞和着陆中，对高度数据有高精度的要求。无人机目前使用的高度计主要有气压高度计、无线电高度计、GPS高度计、超声波高度计等。气压高度计测量范围宽，但误差较大；无线电高度计测量准确，但容易受到无线电信号的干扰；GPS高度计存在信号不稳定的问题；超声波高度计测量范围太小。无人机在低空飞行时，尤其是在起飞和着陆时对高度的测量有很高的要求，因而迫切需要解决无人机低空飞行时的高度测量问题。专利201010596672.5中提出了把气压高度计、无线电高度计和超声波高度计的值进行阈值判断选择一种或两种平均值的方法。这种方法忽略了三种高度计的缺点，而且在不同阈值范围内的切换和数据处理方法在实际使用中会存在问题，不适合在低空飞行时无人机对高度测量的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于低空无人机的高度测量系统及方法。把气压高度、激光高度和超声波高度结合起来，利用自适应加权平均算法融合三种数据，得到适合低空无人机飞行的高精度的高度数据。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种适用于低空无人机的高度测量系统，包括气压传感器模块、激光测高模块、超声波测高模块和微控制器，气压传感器模块、激光测高模块、超声波测高模块均与微控制器连接，微控制器通过数据接口与飞行控制计算机连接。

所述气压传感器模块采用BMP085传感器。

所述激光测高模块包括激光发射接收部分和计时部分。所述计时部分采用TDC-GP22计时器，激光发射部分采用半导体脉冲激光二极管发射激光，激光波长905nm，峰值功率75W，型号为SPL PL90_3半导体脉冲激光二极管，接收器件为AD500-9T052S1雪崩光电管。

超声波测高模块包括超声波传感器部分和计时部分。所述计时部分采用TDC-GP22计时器。

应用上述适用于低空无人机的高度测量系统的测量方法，包括以下步骤：

(1)对原始气压高度数据进行最小二乘滤波，滤除系统噪声干扰，之后进行温度补偿校正和最小二乘拟合，得到海拔高度数据；

(2)计算相对高度，相对高度＝A×气压相对高度+B×激光高度+C×超声波高度，其中A、B、C为加权系数，且A+B+C＝1，气压相对高度＝飞行实时气压高度-起飞时刻气压高度；

(3)微控制器把三种数据融合后，通过CAN、RS485或者UART接口中任意一个接口与外部的飞行控制计算机连接。

本发明的有益效果在于：

本发明提出的低空高度测量系统，把气压高度、激光高度和超声波高度结合起来，利用自适应加权平均算法融合三种数据，得到适合低空无人机飞行的高精度的高度数据，适合无人机低空和超低空飞行对高度数据的要求，尤其适合无人机自主飞行中的起飞和着陆过程。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为高度测量系统原理框图。

图2为高度数据处理流程图。

具体实施方式

如图1所示，一种适用于低空无人机的高度测量系统，包括气压传感器模块、激光测高模块、超声波测高模块和微控制器，气压传感器模块、激光测高模块、超声波测高模块均与微控制器连接，微控制器通过数据接口与飞行控制计算机连接。

所述气压传感器模块采用BMP085传感器。气压传感器感测到大气压力数据，经过处理后将大气压数据转换成海拔高度。此外大气压力还受到诸如温度等因素的影响，因此必须对大气数据进行温度补偿校正。BMP085是一种高精度、超低能耗的数字压力传感器。传感器通过I2C端口将数据传送给微控制器STM32F103ZET6，经过计算即可得到当前的气压值和温度值。气压测量范围为300-1100hPa(海拔高度-500m～+9000m)，绝对精度可以达到0.03hPa(0.25m)。

但是通过气压传感器得到的高度数据为海拔高度，而且高度误差在2-3m，因而必须结合其它传感器的数据来校正。