專利名稱：無人直升機高度通道辨識數據變權值融合方法
技術領域：
本發(fā)明是用于提高無人直升機高度通道動力學模型辨識精度的方法，能夠獲得高 度有效的頻率響應數據。主要應用在航空航天、無人機、機器人等技術領域。
背景技術：
動力學辨識是無人直升機建模的一種有效手段。以往的無人直升機高度通道的辨 識建模通常只采用加速度計的數據。然而，加速度計是一種對震動非常敏感的傳感器，在測 量直升機垂向加速度的同時，也會測量直升機機身的震動。因此，加速度計的測量數據中包 含有大量的噪聲。雖然可用濾波處理，但會縮小辨識的頻率范圍。此外，在無人直升機的垂 直通道辨識實驗中，無人直升機垂向加速度的幅值隨頻率而變化。其中，頻率的變化范圍通 常為0. 2HZ-2HZ。頻率越高，對應的無人直升機垂向加速度幅值越小。因此，在低頻段，由于 信噪比高，可以有效地將直升機的加速度檢測出來；而在高頻段，無人直升機垂向加速度幅 值較小，甚至小于噪聲的幅值，所以此時會因信噪比過低而無法檢測出有效的數據。因此， 加速度計的測量雖然不受高度限制，但在高頻段的辨識中有效性低。然而，無人直升機通常配備有測量近地高度的超聲波高度計。超聲波高度計雖然 量程有限(< 10m)，但測量精度高(cm級)，且對機體震動不敏感。由于無人直升機在高頻 段的辨識飛行的垂直范圍很小(< Im)，因此將超聲波高度計測量數據引入高頻段的辨識。 具體方法是將測量數據進行二次差分，從而得到無人直升機的加速度值。因此在高頻段內， 由超聲波高度計得到的加速度值恰好可以對加速度計進行數據補充?？紤]以上原因，本發(fā)明通過采用變權值融合方法，將超聲波高度計的測量結果引 入無人直升機高度通道的辨識。本發(fā)明利用超聲波高度計和加速度計兩種傳感器的在不同 頻段內的優(yōu)點，使兩種傳感器的測量數據互為補充，從而提高無人直升機高度通道頻率響 應數據的有效性，并擴寬了高度辨識的頻率范圍。而且，本發(fā)明僅改進算法，而不增加硬件， 所以不增加無人直升機的重量。此外，與傳統(tǒng)的高度通道辨識方法相比，本發(fā)明還有原理簡 單、調整方便、適應范圍寬的優(yōu)點。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于提高無人直升機高度通道頻率響應數據的有效 性的方法。本發(fā)明的特征在于，含有頻域變換、數據變權值融合和數據驗證三個階段，其中， 在頻域變換階段，分別對超聲波高度計和加速度計檢測得到的時域辨識數據進行頻域變 換，得到2組高度通道的頻域響應數據；在數據融合階段，利用變權值融合算法，將分別由 超聲波高度計和加速度計得到的2組頻域響應數據融合為1組數據，以用于高度通道的頻 域辨識，變權值融合的計算公式為
權利要求
無人直升機高度通道辨識數據變權值融合方法，其特征在于，含有頻域變換、數據變權值融合和數據驗證三個階段，其中，在頻域變換階段，分別對超聲波高度計和加速度計檢測得到的時域辨識數據進行頻域變換，得到2組高度通道的頻域響應數據；在數據融合階段，利用變權值融合算法，將分別由超聲波高度計和加速度計得到的2組頻域響應數據融合為1組數據，以用于高度通道的頻域辨識，變權值融合的計算公式為 <mrow><mi>H</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>f</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>tanh</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>K</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>f</mi><mo>-</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>f</mi> <mi>max</mi></msub><mo>-</mo><msub> <mi>f</mi> <mi>min</mi></msub> </mrow> <mn>2</mn></mfrac><mo>)</mo> </mrow> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mn>2</mn></mfrac><mo>·</mo><msub> <mi>H</mi> <mi>alt</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>f</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mfrac> <mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>tanh</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>K</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>f</mi><mo>-</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>f</mi> <mi>max</mi></msub><mo>-</mo><msub> <mi>f</mi> <mi>min</mi></msub> </mrow> <mn>2</mn></mfrac><mo>)</mo> </mrow> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mn>2</mn></mfrac><mo>·</mo><msub> <mi>H</mi> <mi>acc</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>f</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow>其中Halt(f)和Hacc(f)分別為單獨利用超聲波高度計和加速度計數據得到的頻域響應數據；H(f)為經融合得到的高度通道頻域響應數據；fmax和fmin分別為頻率響應計算中的最大頻率和最小頻率；f為當前頻率計算值，且有fmin＜f＜fmax；過渡系數K用于在變權值融合計算中調整從Halt(f)向Hacc(f)過渡的快慢程度；在數據驗證階段，利用相關函數檢驗高度通道頻域響應數據H(f)的有效性，其中相關函數越大，則H(f)有效性越高，若H(f)有效性滿足要求，則變權值融合過程結束；反之，則需重新調整過渡系數K。
全文摘要
無人直升機高度通道辨識數據變權值融合方法屬于無人機辨識建模領域，其特征在于，含有頻域變換、數據融合和數據驗證三個階段，其中，在頻域變換階段，分別對由超聲波高度計和加速度計檢測得到的時域辨識數據進行頻域變換，得到高度通道的2組頻域響應數據；在數據融合階段，利用與頻率相關的權值，將分別由超聲波高度計和加速度計得到的2組頻域響應數據融合為1組數據；在數據驗證階段，利用相關函數檢驗高度通道頻域響應數據的有效性。本發(fā)明同時使用超聲波高度計和加速度計作為高度通道辨識的數據來源，并在不同頻域范圍內互為補充，可以有效降低建模過程中噪聲的影響，從而顯著提高無人直升機高度通道的辨識精度。
文檔編號G06F19/00GK101976300SQ20101050343
公開日2011年2月16日 申請日期2010年9月30日 優(yōu)先權日2010年9月30日
發(fā)明者朱紀洪, 王冠林 申請人:清華大學