[发明专利]一种与飞行轨迹耦合的锂电池无人机电磁干扰抑制方法

说明书

本发明涉及一种与飞行轨迹耦合的锂电池无人机电磁干扰抑制方法，属于磁传感技术领域。本发明针对无人机常用的航模锂电池，首先对描述锂电池和飞行轨迹的导航坐标系、地磁坐标系、机体坐标系、大地坐标系，以及方位角与欧拉角进行定义，并推导方位角与欧拉角之间的转换关系；根据锂电池的供能机理，结合锂电池与磁罗盘之间的空间位置关系，建立锂电池的电磁干扰机理模型；将多片锂电池电磁干扰机理模型的三轴分量投影到磁罗盘所在位置的地磁矢量上；对模型进行线性化，优化得到锂电池在机舱内的安置倾角，并采用反馈控制实现锂电池安置倾角对最优倾角进行实时跟踪，从而实现锂电池在磁罗盘处电磁干扰的自抵消。

技术领域

本发明涉及一种与飞行轨迹耦合的锂电池无人机电磁干扰抑制方法，适用于小型固定翼锂电池无人机磁罗盘处的电磁干扰抑制，属于磁传感技术领域。

背景技术

锂电池动力无人机具有振动低、噪声低、能源清洁环保、系统简单可靠的优势，可执行复杂多样的任务，因而得到了广泛的应用，具有广阔的应用前景。无人机依靠磁罗盘进行航向导航，磁罗盘测量无人机所在位置的地磁场强度大小，来判断无人机的航向。但是，随着任务需求的增多，锂电池无人机携带了大量的电子设备，狭小的机舱内电子设备密度激增，各种设备及电源产生的电磁干扰在时域上持续不断，在频域上互相重叠，使得锂电池无人机的磁罗盘面临着恶劣的电磁干扰环境。这种电磁干扰将导致磁罗盘对地磁场的测量误差增大，导致飞行控制器对航向误判，对飞行安全造成极大危害，使得无人机发生速度漂移，甚至飞行失稳、坠毁。

为降低电磁干扰对磁罗盘的干扰，需对复杂的电磁干扰进行分析。根据电磁干扰的产生来源，将无人机的电磁干扰分为与轨迹无关的电磁干扰和与轨迹相关的电磁干扰。开关电路和电机的高频电磁干扰为与轨迹无关的电磁干扰，其对磁罗盘的电磁干扰可通过低通滤波器进行滤波消除；通电导线和锂电池产生的电磁干扰是低频电磁干扰，与无人机的飞行需求功率相关，因而与轨迹相关，且无法通过滤波器消除。通电导线的电磁干扰可以通过导线双绞的方式消除。因此，锂电池的电磁干扰是对磁罗盘的主要影响因素，抑制锂电池产生的电磁干扰，对磁罗盘的正常工作具有重要意义，直接关系到无人机的航向测量和飞行安全。

在磁传感技术领域的实际应用中，根据电磁干扰产生、传播和影响的环节不同，抑制锂电池无人机中通电导线和锂电池的电磁干扰的方法主要分为2类：

第一类是通过电磁屏蔽的方法，通过设计合适的电磁屏蔽装置，将锂电池包裹包覆，隔断电磁干扰的传播途径。电磁屏蔽装置中，通常采用由磁屏蔽材料，如坡莫合金、镀锡铜丝，编织成屏蔽网或制成壳体结构，并通过一层或多层的组合搭配，既抑制电磁干扰对外辐射，又避免外部干扰对所包覆设备产生影响。但是，锂电池在使用过程中发热，电磁屏蔽装置的包覆导致装置内部温度升高，不利于锂电池工作，也不利于锂电池使用寿命。

第二类是通过电路设计的方法，对电池内部开关电路图进行特殊设计，并对电路板进行抗干扰印刷制作，在电磁干扰源头降低电磁干扰。电路设计和电路板制作不仅需要专业的电路设计知识，对广泛的无人机使用人员不够简单、友好，而且不能完全消除电磁干扰，对磁罗盘的影响依然存在。

综上所述，上述方法从电磁干扰的源头和传播途径入手，对影响磁罗盘的电磁干扰进行干预，但均缺乏对无人机内电磁干扰的模型描述，无法完全消除电磁干扰。同时，电磁屏蔽设备制作成本较高，电路设计需要专业的人员与知识。

近年来，通过建模描述系统行为得到了广泛的关注。建模方法可分为3类，第一类方法通过理论分析建立机理模型，第二类方法通过实验数据建立数据模型，第三类方法结合前两种方法建立混合模型。通过建立锂电池在磁罗盘处的电磁干扰机理模型，依据模型描述，在电磁干扰的影响对象处，精准降低电磁干扰，使对磁罗盘的影响最小，是降低电磁干扰影响的新思路。

发明内容