[发明专利]一种融合相对高度和绝对高度获得导航高度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种融合相对高度和绝对高度获得导航高度的方法，它是用于获得无人飞行器导航高度的方法，通过融合相对高度和绝对高度，得到精确可靠的导航高度，主要用于无人飞行器导航控制技术领域。

背景技术

无人飞行器的飞行高度获取方法包括使用绝对高度测量计获取绝对高度，使用相对高度测量计获取相对高度。绝对高度测量计包括GPS(Global Positioning System)定位系统、气压高度计等仪器；相对高度测量计包括超声波高度测量计、激光高度测量计、无线电高度测量计等仪器。

绝对高度测量计测量范大，可在飞行器整个升限内使用。但是在靠近地面时，易受周围建筑物、树木、天气变化等因素影响而使测量精度降低甚至失效，因此使用绝对高度直接作为导航高度将给飞行控制系统带来极大地不确定性和不可靠性，尤其在无人飞行器的起飞和着陆阶段，绝对高度无法满足飞行控制系统对高度通道的控制要；而且，绝对高度无法反映地面海拔高度的变化情况，因此使用绝对高度导航，无人飞行器无法获得距离地面的相对高度数据，从而无法保障近地飞行时的飞行安全。

相对高度测量计可以获取飞行器距离地面的相对高度数据，但是测量范围小，在飞行器远离地面飞行时，相对高度会超出相对高度测量计的量程范围，造成相对高度无法作为导航高度使用。

综合上述原因，无人飞行器通常同时搭载绝对高度测量计和相对高度测量计，获取绝对高度和相对高度共同作为导航高度。但是绝对高度和相对高度适用于导航的高度范围不同，物理形式也不同，两者共同作为导航高度时，会给飞行控制系统带来以下问题。

一是导航高度来源切换的问题，无人飞行器从起飞到着陆，期间会执行一定的飞行任务，飞行控制系统需要根据飞行任务执行高度选择使用相对高度还是绝对高度作为导航高度。如果飞行任务执行高度距离地面较近，飞行过程中相对高度都在相对高度测量计量程范围以内，可以选用相对高度作为导航高度；如果飞行任务执行高度距离地面较远，飞行过程中相对高度在相对高度测量计量程范围以外，则必须选用绝对高度作为导航高度；如果飞行任务执行高度同时包括近地面和远地面，在飞行过程中相对高度既有在相对高度测量计量程范围内的阶段，也有在相对高度测量计量程范围外的阶段，则需要判断何时使用相对高度何时使用绝对高度。

二是相对高度和绝对高度的物理形式不相同的问题，相对高度是指飞行器相对地面的垂直距离，绝对高度是指飞行器相对平均海平面的垂直距离，也叫“海拔高度”，在数值上差距较大，因此在相对高度和绝对高度共同作为导航高度时，需要将两者的物理形式统一：如果导航高度统一采用绝对高度形式，应将用于导航的相对高度转换为绝对高度；如果导航高度统一采用相对高度形式，则应将用于导航的绝对高度转换为相对高度。否则将导致导航高度的物理形式不明确，使飞行控制系统使用导航高度时发生错误，引发飞行事故。例如，飞行控制系统中的飞行期望高度为相对高度形式，当前值为100m，如果导航高度为绝对高度形式，当前值为500m，那么飞行控制系统将做出当前飞行高度远大于飞行期望高度的错误判断，从而使无人飞行器高度快速下降，如果此时地面海拔高度大于100m，就会发生触地坠毁的事故。

三是导航高度在相对高度和绝对高度之间切换时存在高度跳变问题，不同的高度测量计测量精度和测量范围存在差别，因此，即使相对高度和绝对高度作为导航高度时转换为相同物理形式，但两者提供的高度数值仍存在不同。如果将来源于相对高度的导航高度和来源于绝对高度的导航高度直接切换，将引起导航高度值的跳变，从而使飞行控制系统输出的控制量发生跳变，引起飞行器的飞行高度和飞行姿态产生较大变化，甚至引发飞行事故。

本发明通过融合相对高度和绝对高度，解决了将相对高度和绝对高度共同作为导航高度时存在的上述问题。

首先，明确了导航高度的切换条件，在相对高度测量计量程范围内确定切换上限和切换下限，相对高度大于切换上限时，导航高度使用绝对高度，相对高度小于切换下限时，导航高度使用相对高度，切换上限和切换下限之间的区域作为缓冲区，相对高度位于此区间时，导航高度来源与进入该区间之前的高度来源相同，不发生切换，从而避免了因高度测量误差造成的导航高度的频繁切换。

其次，统一了导航高度的物理形式，导航高度来源无论是相对高度还是绝对高度，导航高度都为绝对高度的物理形式，其中导航高度来源为相对高度时，通过相对高度加地面海拔高度的方法使导航高度转换为绝对高度形式；因此，飞行控制系统中使用的其他高度(如期望高度)可以统一采用绝对高度形式，避免了因物理形式不同而发生的导航事故。