[发明专利]一种旋翼飞行器速度信号融合滤波方法

说明书

本发明公开一种旋翼飞行器速度信号融合滤波方法，属于旋翼飞行器导航技术领域。它包括：采集GPS输出的东向和北向速度信息，采集IMU输出的旋翼飞行器机体轴系下的加速度信息和磁力计输出的磁航向角信息并对GPS输出的东向和北向速度信息进行截止滤波；采集GPS输出的位置信息，采集GPS输出的地面速度信息并结合上述得到的经截止滤波后的东向和北向速度信息对GPS输出的位置信息进行截止滤波；利用上述得到的经截止滤波后的东向和北向速度信息以及上述得到的经截止滤波后的位置信息对IMU输出的旋翼飞行器机体轴系下的加速度信息进行融合校正。利用本发明的方法可以获得更加可靠的飞行速度信息。

技术领域

本发明属于旋翼飞行器导航技术领域，尤其是一种旋翼飞行器速度信号融合滤波方法。

背景技术

目前旋翼飞行器进行自主航线飞行或定点悬停飞行都需要实时的飞行器速度信息。现有的速度信息获取主要有两个途径：(1)GPS获得速度信号；(2)通过加速度积分获得速度信号。其中，GPS信号噪声较大，特别是在信号弱的区域或者低速运动状态下的原始GPS速度信息无法使用。加速度积分得到的速度信号会随时间产生漂移。

发明内容

为克服现有技术存在的不足，本发明提供一种旋翼飞行器速度信号融合滤波方法，将GPS信号和加速度积分这两种信息源进行融合滤波，从而获得更加可靠的飞行速度信息。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种旋翼飞行器速度信号融合滤波方法，它包括以下步骤：

步骤1，采集GPS输出的东向和北向速度信息，采集IMU(惯性测量单元)输出的旋翼飞行器机体轴系下的加速度信息和磁力计输出的磁航向角信息并对GPS输出的东向和北向速度信息进行截止滤波；

步骤2，采集GPS输出的位置信息，采集GPS输出的地面速度信息并结合步骤1得到的经截止滤波后的东向和北向速度信息对GPS输出的位置信息进行截止滤波；

步骤3，利用步骤1得到的经截止滤波后的东向和北向速度信息以及步骤2得到的经截止滤波后的位置信息对IMU输出的旋翼飞行器机体轴系下的加速度信息进行融合校正。

进一步地，步骤1中的截止滤波包括以下步骤：

步骤11，采集当前时刻的GPS输出的东向和北向速度信息，并与上一时刻的GPS输出的东向和北向速度信息相减，得到速度的增量；

步骤12，采集IMU输出的旋翼飞行器机体轴系下的加速度信息，采集磁力计输出的磁航向角信息，通过磁航向角信息将旋翼飞行器机体轴系下的加速度信息转换为东向和北向加速度信息，并将转换得到的东向和北向加速度信息乘以时间间隔t得到速度增量的截止量；

步骤13，上一时刻的GPS输出的东向和北向速度加上速度的增量和截止量的较小值，得到东向和北向的截止滤波速度。

进一步地，步骤2中的截止滤波包括以下步骤：

步骤21，采集当前时刻的GPS输出的经纬度信息，并与上一时刻的GPS输出的经纬度信息相减，得到位置信息的增量；

步骤22，采集GPS输出的地面速度信息，与步骤13得到的截止滤波速度信息进行加权平均并乘以时间间隔t得到位置信息增量的截止量；

步骤23，上一时刻的GPS输出的经纬度信息加上位置的增量和截止量的较小值，得到东向和北向的截止滤波位置量。

进一步地，步骤3中的融合校正包括以下步骤：

步骤31，将步骤13得到的截止滤波速度信息和步骤23得到的截止滤波位置信息分别乘以相应的权重系数并相加，得到加速度的校正值；

步骤32，将该校正值与经磁航向角信息转换的东向和北向加速度信息相加，得到校正后的加速度值；