農(nóng)用遙感固定翼無人機飛行姿態(tài)多傳感器融合技術研究.pdf

1、農(nóng)情監(jiān)測是在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，對農(nóng)作物的長勢情況進行系統(tǒng)監(jiān)測，例如光照、病蟲害、植株密度等，使農(nóng)作物高效、優(yōu)質和安全的生長得以實現(xiàn)。農(nóng)業(yè)無人機憑借其作業(yè)效率高、價格低廉、操作簡單、適用性好等優(yōu)點在農(nóng)情監(jiān)測起到很重要的作用。隨著對農(nóng)用無人機經(jīng)濟性的追求，降低其成本日益受到重視。相對于以往造價高、體積大的傳感器設置，選用廉價小型的傳感器設置不但可以減輕控制系統(tǒng)的工作量、節(jié)省成本，而且當某個傳感器在運行中出現(xiàn)失靈時，就可以選用控制策略降級操作，保證

2、系統(tǒng)仍可正常工作;但是廉價傳感器在測量精度上會有所降低，如果單一使用很難滿足無人機自主飛行的需求。綜上所述，組合測量技術和數(shù)據(jù)融合技術在無人機系統(tǒng)中起到了關鍵的作用。將這兩種技術應用到無人機控制系統(tǒng)中，可更高效的利用各傳感器的測量數(shù)據(jù)，為無人機控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性做好基礎，從而確保無人機可以安全可靠的完成任務。
　　本文針對農(nóng)用固定翼無人機低空低速的作業(yè)特點，在對傳感器特性和數(shù)據(jù)融合方法的分析及研究基礎上，對無人機姿態(tài)的精準解算做出了

3、研究設計。首先，在滿足無人機控制系統(tǒng)各項功能指標的前提下，不改變系統(tǒng)的基本結構和不增加硬件的基礎上，提出了數(shù)據(jù)融合的總體設計。其次，對無人機常用傳感器的工作特性和適用范圍進行研究分析，并著重分析了姿態(tài)信息傳感器的測量原理及誤差來源和產(chǎn)生的原因，初步建立地球重力場和地球磁場的數(shù)學模型，為之后的姿態(tài)解算進行鋪墊。再次，對文中采用的融合算法卡爾曼濾波進行了深入研究，并提出了采用擴展卡爾曼濾波的方法來解決系統(tǒng)狀態(tài)方程和量測方程非線性的問題，在此

4、基礎上提出了加速度計、陀螺儀和低成本多傳感器(包括加速度計、陀螺儀、磁強計與GPS)的兩種不同的配置方案，并選取歐拉角法和四元數(shù)法對無人機姿態(tài)進行解算。最后，采用C語言來實現(xiàn)設計的融合算法，在MATLAB中進行仿真實驗，結果表明:低成本多傳感器的配置方案在測量精度和實時性上都能滿足系統(tǒng)的要求，且對比與加速度計和陀螺儀的配置方案在航向角的測量精度上有很大的提高。
　　在無人機飛行實驗中，設計了姿態(tài)測量系統(tǒng)的硬件平臺，將所設計的姿態(tài)測