[发明专利]一种面向多旋翼飞行器的多信息融合实时风速估计方法

摘要

本发明公开了一种面向多旋翼飞行器的多信息融合实时风速估计方法，首先采集机载传感器数据和各旋翼转速数据；其次构建多旋翼飞行器的动力学模型，得到多旋翼飞行器阻力与风速的关系；建立基于多旋翼飞行器动力学模型特性、惯性传感器信息和GPS信息的多信息融合导航系统的状态方程和量测方程；最后采用卡尔曼滤波对导航信息进行更新，得到风速的实时估计。本发明针对现有风速估计方法的不足，充分利用动力学模型气动阻力对风速的敏感特性，与惯性器件、GPS构建卡尔曼滤波器，实现对风速较准确的实时估计。

主权项

1.一种面向多旋翼飞行器的多信息融合实时风速估计方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采集机载传感器数据，包括三轴加速度计的输出数据、三轴陀螺仪的输出数据和各旋翼转速数据；(2)根据步骤(1)获取的数据，构建多旋翼飞行器的动力学模型，得到多旋翼飞行器阻力与风速的关系；所述多旋翼飞行器的动力学模型：上式中，F_H为多旋翼飞行器受到的阻力，m为飞行器质量，k为阻力系数，Ω_i为飞行器第i个旋翼的转速，l为飞行器的旋翼总数，V_A^H为空速在机体系下的水平分量，为地速在机体系下的水平分量，为风速在机体系下的水平分量；(3)基于多旋翼飞行器动力学模型特性、惯性传感器信息和GPS信息，根据多旋翼飞行器运动学模型，建立多信息融合导航系统的状态方程和量测方程；所述多信息融合导航系统的状态方程：上式中，φ、θ、分别为横滚角、俯仰角、航向角，分别为三轴陀螺仪x、y、z轴上的输出量，分别为地速在机体系x、y、z轴上的投影，分别为风速在机体系x、y轴上的投影，为三轴加速度计z轴上的输出量，ω_wx、ω_wy分别为的驱动高斯白噪声，g是重力加速度，k₁、k₂分别为机体系x、y轴上的阻力系数，Ω＝Ω₁+Ω₂+...+Ω_l；所述多信息融合导航系统的量测方程：上式中，分别为GPS速度在机体系x、y、z轴上的投影，分别为三轴加速度计x、y轴上的输出量；(4)采用卡尔曼滤波对导航信息进行更新，得到风速的实时估计。