[发明专利]一种抗大气参数漂移的无人机飞行导航系统高度信息融合方法

摘要

本发明涉及一种适用于无人机飞行导航系统的抗大气参数漂移的高度信息融合方法，利用基站气压设备和机上气压传感器实时计算差分高度量测量，以抑制大气物理环境带来的漂移；使用加计辅助气压高度的CF+气压高度辅助加计的KF双滤波器实现高度通道的信息融合，改善气压高度的延迟问题，实现自适应无人机动态特性的高度通道的较优融合。本发明适用于低成本气压高度传感器和MEMS IMU的无人机飞行导航系统的高度通道估计。

主权项

1.一种抗大气参数漂移的无人机飞行导航系统高度信息融合方法，其特征在于：采用基站气压传感器及机上气压传感器构建气压高度差分观测量，抑制气压高度传感器的大气环境漂移误差；使用惯性测量单元IMU及磁传感器构成的AHRS(Attitude and Heading Reference System，航姿参考系统)进行姿态更新，获得机上加速度在导航系的天向加速度分量，同时与气压高度差分量测量进行信息融合，获得高度通道的高度、速度估计值；使用加计辅助气压高度的互补滤波器CF+气压高度辅助加计的卡尔曼滤波器KF构成的双滤波器实现高度通道的信息融合，实现自适应无人机动态特性的较优融合；采用基站气压传感器及机上气压传感器构建气压高度差分观测量时，基站气压传感器与机上气压传感器在小于5公里的飞行范围内的大气漂移量近乎相同，故将基站气压传感器经过预处理后以1HZ的频率发送到无人机的机上处理器，从而与机上气压传感器构造气压差分量测量可以减小气压高度的漂移误差；所述互补滤波器CF作为子滤波器1，利用加速度计算高度与气压高度量测量噪声的互补特性实现高度信息估计；所述卡尔曼滤波器KF作为子滤波器2，子滤波器2分为动态递推和滤波更新两个过程，在非滤波时刻利用加速度与高度的动力学方程对高度通道的状态量进行递推解算，在滤波时刻利用气压高度量测量校正高度估计的状态量；使用加计辅助气压高度的互补滤波器CF+气压高度辅助加计的卡尔曼滤波器KF构成的双滤波器实现高度通道的信息融合时，根据无人机的运动特性自适应分配双滤波器的权重，进行信息融合；当无人机处于运动状态时，加大卡尔曼滤波器KF的融合权重，提高整个滤波器的动态响应能力；当无人机处于静止或平稳运动状态时，互补滤波器CF的高度、速度估计结果的平滑性优于卡尔曼滤波器KF，加大互补滤波器的融合权重。