技術(shù)特征：

1.一種無人機的半自主仿地飛行系統(tǒng)，包括GPS定位模塊、慣性測量模塊、氣壓計模塊、雷達高度計、電機驅(qū)動器、槳葉動力結(jié)構(gòu)以及飛行控制器，其特征在于：飛行控制器獲取GPS定位模塊、慣性測量模塊以及雷達高度計的數(shù)據(jù)進行融合算法的計算，獲取無人機位置、姿態(tài)、高度數(shù)據(jù)，從而控制電機驅(qū)動器，使無人機在半自主模式下沿航線進行仿地飛行。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無人機的半自主仿地飛行系統(tǒng)，其特征在于：慣性測量模塊通過SPI接口與飛行控制器連接，雷達高度計通過UART接口與飛行控制器連接，電機驅(qū)動器通過PWM接口與飛行控制器連接，電機驅(qū)動器的動力輸出軸與槳葉動力結(jié)構(gòu)連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無人機的半自主仿地飛行系統(tǒng)，其特征在于：半自主模式是指，地面站完成航線規(guī)劃后，將飛行航線通過數(shù)據(jù)鏈路傳輸?shù)綗o人機，無人機按規(guī)劃的航線自動飛行，同時無人機的飛行高度由無人機操作人員通過遙控器控制調(diào)整，在操作人員不再操作時無人機可按照當(dāng)前相對地表高度繼續(xù)沿航線飛行。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無人機的半自主仿地飛行系統(tǒng)，其特征在于：

GPS定位模塊用于獲取無人機的位置坐標，計算無人機當(dāng)前速度；

慣性測量模塊用于獲取無人機的加速度和角速度，計算無人機的當(dāng)前歐拉角；

氣壓計模塊用于獲取無人機附近的氣壓數(shù)據(jù)；

雷達高度計包括微波雷達高度傳感器、紅外雷達高度傳感器兩種，用于測量無人機相對地表的高度。

5.一種用于權(quán)利要求1所述的無人機的半自主仿地飛行系統(tǒng)的控制方法，其特征在于包括如下步驟：

步驟1，無人機操作人員選擇雷達高度計；

步驟2，飛行控制器根據(jù)雷達設(shè)備ID在線識別接入的雷達高度計，根據(jù)檢測到雷達高度計類型，自動設(shè)置輸入低通濾波器的默認截止頻率和數(shù)據(jù)更新頻率；

步驟3，飛行控制器讀取慣性測量模塊和氣壓計模塊的數(shù)據(jù)，通過融合算法得到無人機的相對高度；

步驟4，飛行控制器通過雷達高度計修正后的高度數(shù)據(jù)對無人機進行高度控制，實現(xiàn)無人機的跟隨地表起伏的變化飛行；

步驟5，無人機通過地面站規(guī)劃航線實現(xiàn)無人機半自主或自主飛行。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制方法，其特征在于步驟3具體為：

步驟3.1，計算當(dāng)前氣壓相對高度；

步驟3.2，通過融合算法計算無人機的當(dāng)前相對高度；

步驟3.3，高度修正。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制方法，其特征在于步驟3.1具體為：根據(jù)氣壓計模塊的氣壓數(shù)據(jù)通過氣壓模型計算當(dāng)前位置的氣壓相對高度；

氣壓模型的近似計算公式為：

$???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; C:\backslash Program\; Files\backslash gwssi\backslash ocx\backslash TmpCase\backslash 149402411\backslash 100002\backslash dest\_path\_image002.jpg$，

其中：h_c為測量點相對參考基準高度；p_s、T_s為參考基準的表面壓力和溫度；h_s為參考點的大地高程； h_b為測量點的大地高程；p_b為測量點表面壓力；R=287.1J·Kg^-1·K^-1為氣體常數(shù)；k_T =6.5×10^-3·m^-1為大氣溫度梯度；g₀ =9.80665m·s^-2為平均重力加速度；取參考基準為起飛位置，p_s、T_s為起飛位置的表面壓力和溫度，則h_c為無人機的氣壓相對高度。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制方法，其特征在于步驟3.2具體為：

步驟3.2.1,構(gòu)造量測序列v_k；

量測序列v_k由加速度計、氣壓計的測量數(shù)據(jù)構(gòu)成：

$???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; Eqn1$，

其中，a_z為無人機垂直方向加速度測量值；

步驟3.2.2，構(gòu)造量測矩陣C_k；

量測矩陣C_k為：

$???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; Eqn3$，

步驟3.2.3，構(gòu)造高度融合狀態(tài)方程，

$???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; Eqn4$，

量測方程為：

$???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; Eqn5$ ，

$???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; Eqn6$，

其中：x_k為狀態(tài)向量，h為相對高度，v為垂直方向速度，a為垂直方向加速度，b高度測量偏差, A_k是系統(tǒng)的狀態(tài)方程， $???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; Eqn13$是系統(tǒng)噪聲矩陣， $???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; Eqn14$、$???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; Eqn15$是系統(tǒng)噪聲，C_k量測矩陣，v_k為量測序列；

步驟3.2.4，構(gòu)造卡爾曼濾波算法估計高度的狀態(tài)方程，具體為：

狀態(tài)預(yù)測方程：

$???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; Eqn7$，

狀態(tài)估計方程：

$???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; Eqn8$，

G_k為濾波器增益，計算方程為：

$???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; Eqn9$

P_k,k-1為誤差協(xié)方差矩陣，估計方程為：

$???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; Eqn10$，

$???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; Eqn11$。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于步驟3.3具體為：

計算雷達噪聲值，飛行控制器讀取雷達高度計的數(shù)據(jù)，計算雷達原始數(shù)據(jù)Data（t）與雷達低通濾波器輸出數(shù)據(jù)的差值的平方為雷達數(shù)據(jù)的噪聲值Noise（t），

$???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; ???:\; Eqn12$，

式中：Noise（t）：雷達噪聲；Data（t）: 雷達原始數(shù)據(jù)；F():低通濾波器；dt為數(shù)據(jù)更新周期；

通過判斷雷達數(shù)據(jù)的噪聲水平判斷當(dāng)前地表類型，根據(jù)雷達噪聲值調(diào)整高度修正器的PID參數(shù)，使高度修正平滑穩(wěn)定。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于步驟5具體為：

步驟5.1，通過測繪獲得飛行區(qū)域坐標后地面站根據(jù)坐標數(shù)據(jù)規(guī)劃無人機航線，將航線通過數(shù)據(jù)鏈路上傳到無人機；

步驟5.2，無人機起飛后由操作人員通過遙控切換到半自主模式，無人機將按照航線自動飛行；

步驟5.3，在自主飛行中無人機操作人員通過遙控器改變無人機相對地表的飛行高度，無人機操作人員不再改變飛行高度時無人機將沿著修改后的高度自主飛行。