[发明专利]一种四旋翼飞行器的气动模型辅助导航方法

摘要

本发明公开了一种四旋翼飞行器的气动模型辅助导航方法，属于组合导航与自主导航领域。本发明利用四旋翼飞行器的气动模型，与其机载传感器相结合，对其速度、位置信息进行估计。在本发明中，采用的气动模型参数包括旋翼半径、空气密度、旋翼实度、升力斜率、阻力系数、旋翼安装角，采用的机载传感器信息包括旋翼转速、加速度、角速度、姿态、高度。该方法无需增加任何外部设备，可以提高四旋翼飞行器在无GNSS（卫星导航系统）飞行时的速度、位置估计精度，具有成本低、零载重、自主性强等特点。

主权项

1.一种四旋翼飞行器的气动模型辅助导航方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：周期读取k时刻四旋翼飞行器机载传感器信息，并计算k时刻四旋翼飞行器机体系下Z轴的速度然后，构建卡尔曼滤波器计算的在线补偿参数，计算补偿后的机体系下Z轴的速度步骤二：按照如下公式计算k时刻四旋翼飞行器机体系下的速度V^b_k：其中，分别为k时刻四旋翼飞行器速度在机体系下的X轴分量及Y轴分量；按照如下公式计算：，其中F_bxk、F_byk为k时刻机体系下四旋翼飞行器的水平方向气动力矢量F^b_k在X、Y轴的分量，k_a2vk为k时刻四旋翼飞行器的第一气动参数；F^b_k按照如下公式计算：，其中m为四旋翼飞行器质量，f^b_k为k时刻三轴加速度的矢量表示，为四旋翼飞行器k时刻导航系到机体系的坐标转换矩阵，为k时刻地球自转角速度矢量在导航系下的投影，为k时刻导航系相对于地球系的角速度矢量在导航系下的投影，Vⁿ_k-1为四旋翼飞行器k-1时刻导航系下的速度；k_a2vk按照如下公式计算：ka2vk=-(v1k+V~nbzkb)C1-(ω1k+ω2k+ω3k+ω4k)AR4C2,]]>其中，v_1k为四旋翼飞行器k时刻的诱导速度，C₁为第二气动参数，C₂为第三气动参数，ω_1k、ω_2k、ω_3k、ω_4k分别为四个旋翼的转速，A为旋翼旋转面积，R为旋翼的半径；C₁、C₂分别按下式计算：C₁=ρσaθ_s、其中，ρ为空气密度，σ为旋翼实度，a为升力斜率，θ_s为旋翼安装角，为阻力系数；步骤三：计算k时刻四旋翼飞行器导航系下的速度其中为的转置矩阵；步骤四：计算k时刻四旋翼飞行器的经度λ_k、纬度L_k，，L_k-1为k-1时刻纬度，为Vⁿ_k的Y轴分量，ΔT为采样时间，R_e为地球半径，h_bk为四旋翼飞行器的高度；λ_k-1为k-1时刻经度，为Vⁿ_k的X轴分量。