一种无需加速度传感器组合补偿的无人机升降率测量方法

摘要

本发明公开了一种无需加速度传感器组合补偿的无人机升降率测量方法。所述的升降率测量方法主要是针对当前基于组合补偿原理的无人机升降率测量方法存在对加速度传感器信息过分依赖的弊端，一旦加速度传感器测量精度下降或者失效，此时将难以提供具有相当精度的升降率信息。基于此，本发明构造了一种仅依赖于无人机高度信息且具有级联形式的非线性跟踪微分器，同时采用“先预报，后微分”的原理来弥补升降率的相位损失，以此来解决缺少加速度传感器配置或失效情况下的无人机升降率的测量问题。本发明可用于无人机的自动控制飞行，特别是在加速度传感器失效等场合，将有利于提高飞行安全系数和高度控制精度。

主权项

一种无需加速度传感器组合补偿的无人机升降率测量方法，包括以下几个步骤：步骤一：由无线电高度表获取当前无人机的高度信息H(k)；步骤二：将当前无人机的高度信息H(k)送入第一级非线性跟踪微分器，获得升降率信息z₂(k)；第一级非线性跟踪微分器为：$\left\{\begin{array}{c}fh=fhan\left(z_1\right(k)-H(k),z_2(k),r,h_0)\\ z_1(k+1)=z_1\left(k\right)+h·z_2\left(k\right)\\ z_2(k+1)=z_2\left(k\right)+h·fh\end{array}\right.---\left(1\right)$其中：fhan(x₁,x₂,r,h₀)为最速控制综合函数，其公式如下：$\left\{\begin{array}{c}d={\mathrm{rh}}_0\\ d_0=h_{0}d\\ y=x_1+h_0{x}_2\\ a_0=\sqrt{d^2+8r\left|y\right|}\\ a=\left\{\begin{array}{c}{x}_2+\frac{\left(a_0-d\right)}{2}sign\left(y\right),\left|y\right|>d_0\\ x_2+\frac{y}{h},\left|y\right|\le d_0\end{array}\right.\\ fhan=\left\{\begin{array}{c}-rsign\left(a\right),\left|a\right|>d\\ -r\frac{a}{d},\left|a\right|\le d\end{array}\right.\end{array}\right.---\left(2\right)$式中：z₁(k)为跟踪微分器对高度信息H(k)的最速跟踪，z₂(k)为高度信息的近似微分，即升降率信息，记作h为系统采样步长，r为加速度因子，h₀为滤波因子；步骤三：将步骤二获得的升降率信息z₂(k)送入第二级非线性跟踪微分器中，并采用先预报后微分的方法，获得升降率信息z₃(k)；第二级非线性跟踪微分器为：$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{·}{H}}_0\left(k\right)=z_2\left(k\right)+h_1·z_4\left(k\right)\\ fh=fhan\left(z_3\right(k)-{\stackrel{·}{H}}_0(k),z_4(k),r_1,h_0)\\ z_3(k+1)=z_3\left(k\right)+h·z_4\left(k\right)\\ z_4(k+1)=z_4\left(k\right)+h·fh\end{array}\right.---\left(4\right)$式中，z₃(k)为第二级跟踪微分器对第一级跟踪微分器输出的升降率信息z₂(k)的最速跟踪，即最终获取的的升降率信息，z₄(k)为升降率信息z₃(k)的近似微分，即加速度信息；h₁为预报步长，为z₂(k)的预测修正值，r₁为第二级跟踪微分器的加速度因子；步骤四：飞行过程中针对无人机的高度信息H(k)，重复上述步骤得到升降率信息z₃(k)并送入飞控系统中。