[发明专利]基于旋翼转速测量的多旋翼飞行器导航方法

说明书

本发明公开了一种基于旋翼转速测量的多旋翼飞行器导航方法，包括以下步骤：S1、通过旋翼台架试验，测试旋翼转速和升力数据，通过数据处理，得到旋翼转速与升力的关系。S2、根据步骤S1中得到的旋翼转速与升力的关系，建立多旋翼飞行器动力学方程。S3、根据实际测量的旋翼转速，以及陀螺仪测量的姿态角速率，解算动力学方程，得到导航信息。本发明所述的基于旋翼转速测量的多旋翼飞行器导航方法，充分利用了多旋翼飞行器的飞行特点，无需外源导航信息，是一种新的多旋翼飞行器导航方法，对于多旋翼飞行器的工程应用具有重要价值。

技术领域

本发明涉及飞行器设计技术领域，基于旋翼转速测量的多旋翼飞行器导航方法。

背景技术

随着技术的发展，多旋翼飞行器的应用越来越广泛。

多旋翼飞行器在飞行过程中需要导航系统提供导航信息。目前通常使用卫星导航系统(GPS、北斗)和惯性导航系统等提供导航信息。

卫星导航系统对外源信息的依赖十分严重，并且容易受到天气和地形障碍的干扰，极大地限制了多旋翼飞行器的应用场景。

发明内容

根据上述提出的技术问题，针对多旋翼飞行器的飞行特点，提供一种基于旋翼转速测量的多旋翼飞行器导航方法，用于解决现有的卫星导航方法易受天气和地形障碍干扰，且对外源信息严重依赖的问题。本发明采用的技术手段如下：

一种基于旋翼转速测量的多旋翼飞行器导航方法，包括以下步骤：

S1、通过旋翼台架试验，测试旋翼转速和升力数据，通过数据处理，得到旋翼转速与升力的关系。

S2、根据步骤S1中得到的旋翼转速与升力的关系，建立多旋翼飞行器动力学方程。

S3、根据实际测量的旋翼转速，以及陀螺仪测量的姿态角速率，解算动力学方程，得到导航信息。

作为优选步骤S1中，具体的，在研究中认为旋翼产生的升力与电机转速的平方成正比，因此，单个旋翼产生的升力表示为：

F_i＝k_bω_i² (1)

式中，F_i表示第i个旋翼产生的升力，ω_i表示第i个旋翼的转速，k_b表示升力系数须通过试验测得。

作为优选步骤S2中，建立多旋翼飞行器动力学方程的具体步骤如下：

S21、设定，a、四旋翼飞行器为刚体，机体严格对称；b、质量和重力加速为常值；c、地面坐标系为惯性系；d、忽略地球曲率的影响；e、忽略空气阻力。

S22、四旋翼飞行器在空间的运动需要六个自由度才能完全描述，包括飞行器质心沿着地面惯性坐标系的三个坐标轴的平动位移，即线运动，以及飞行器绕机体坐标系的三个坐标轴的转动运动，即角运动。

S221、线运动方程：

在地面惯性坐标系中，四旋翼飞行器在合外力作用下的线运动方程为：

其中，m为飞行器质量，g为重力加速度；位置坐标为x、y和z；姿态角θ、φ、ψ分别为俯仰角、滚转角和偏航角；

四个旋翼产生的总升力T为：

S222、角运动方程：

在地面惯性坐标系中，四旋翼飞行器的角运动方程为：

式中，p、q和r分别表示机体坐标系下的滚转角速度、俯仰角速度和偏航角速度。