[发明专利]一种高动态无人机的加速度计干扰加速度自补偿方法

说明书

本发明公开了一种高动态无人机的加速度计干扰加速度自补偿方法，涉及航空飞行器控制技术领域；它的方法为利用低通滤波后的加速度计三轴输出模值和当地重力加速度的差值与阈值进行比较，判断是否存在加速度机动，若不存在加速度机动，则进一步根据导航系下的水平计算加速度与另一阈值比较，综合判断加速度机动存在情况；在判断出存在大加速度机动情况下，将加速度计测量值根据机动加速度由无人机纵向或横向机动产生分别进行补偿；本发明成本低，可以不依赖GPS传感器等任何辅助传感器，仅利用加速度计测量信息进行自补偿，尤其适用于低成本微惯性垂直陀螺仪；有利于提升后续多传感器融合技术的姿态测量精度。

技术领域

本发明属于航空飞行器控制技术领域，具体涉及一种高动态无人机的加速度计干扰加速度自补偿方法。

背景技术

姿态测量系统是指利用惯性传感器(陀螺仪、加速度计等)、处理器来测量运载体姿态角的系统。无人机在滑行和飞行过程中的大加速度机动时，无人机姿态测量系统中的加速度计测得的比力加速度中包含干扰加速度。对于姿态测量系统姿态解算来说，准确的加速度计测量信息是非常有必要的。如果采用的加速度信息包含了干扰加速度，则会影响其姿态解算的准确性，甚至造成飞行事故。

针对无人机干扰加速度的测量，目前通常是利用GPS接收机的数据来计算干扰加速度，然后进行干扰加速度补偿反馈给姿态测量系统，但成本高、体积大、功耗高且维护复杂，不能满足现代无人机姿态测量系统在低成本、小型化、低功耗、免维护等方面的要求。

发明内容

为解决现有利用GPS接收机的数据来计算干扰加速度，然后进行干扰加速度补偿反馈给姿态测量系统，但成本高、体积大、功耗高且维护复杂，不能满足现代无人机姿态测量系统在低成本、小型化、低功耗、免维护等方面的要求的问题；本发明的目的在于提供一种高动态无人机的加速度计干扰加速度自补偿方法。

本发明的一种高动态无人机的加速度计干扰加速度自补偿方法，它的方法如下：

步骤一：为降低加速度计测量噪声的影响，对加速度计进行一阶低通滤波；

步骤二：以设定的采样周期，进行四元数更新，并将更新后的四元数转换成方向余弦矩阵通过方向余弦矩阵将载体坐标系下的加速度计输出值转换到导航坐标系下，得到f_E、f_N；

步骤三：比较三轴加速度计输出模值与当地重力加速度g，若满足(β₁为预设加速度阈值)，则存在加速度机动；

步骤四：在满足的基础上，进一步对导航坐标系下的水平计算加速度的模值作如下判断：

当(β₂为另一预设阈值)时，无加速度机动，不需要进行干扰加速度补偿，这时可利用加速度进行姿态解算；

当时，可能有以下两种情况：一是姿态阵中的姿态角较大，二是存在较大的水平加速度机动；

步骤五：若只在短时间存在，则存在短时的大加速度机动；若长时间存在，需结合陀螺仪输出检查载体是否在进行盘旋或拐弯运动，若不是盘旋或拐弯运动，则需利用水平加速度进行姿态修正；

步骤六：在判断出存在大加速度机动情况下，通过以下公式将加速度计测量值根据机动加速度由无人机横向或纵向机动产生分别进行补偿：

其中，∝₁和∝₂分别为无人机在横轴和纵轴进行机动加速度补偿的补偿常数，该常数大小由所采用的惯性传感器精度和无人机机动状况共同决定。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

一、成本低，可以不依赖GPS传感器等任何辅助传感器，仅利用加速度计测量信息进行自补偿，尤其适用于低成本微惯性垂直陀螺仪；