微小型四旋翼飞行器多信息非线性融合导航方法及实现
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基于非线性互补滤波算法的四旋翼飞行器姿态信息融合处理
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微小型四旋翼飞行器的研究现状与关键技术
2004 年 , 已经分别基于多种控制算法(例如 :PID[ 5] 、 LQ[ 5] 、Backstepping[ 6] 、Sliding -mode[ 6] ), 实现了飞行 器姿态控制 。
OS4 II 的机身最大长度 72 cm , 重 520 g ;机载 230 g 的锂电池 ,能提供自主飞行 30 min 的能量 。它与 OS4 I 的区别主要有:使用了桨叶面积更大的新旋翼;使用了 更轻 、功率更大的 LRK 无刷电机 BLDC ;使用皮带减速 装置代替了电机减速箱 ;控制器 、传感器 、电池和电机 驱动模块等都直接安装在机体上 , 不再由机体外部提 供 。2006 年 1 月 ,EPFL 已经实现了 OS4 II 在室内环境 中基于惯导的自主悬停控制 。
0 引言
微小型四旋翼飞行器是一种电动的 、能够垂直 起降(VTOL)的 、多旋翼式遥控 自 主飞行器 。 它在 总体布局形式上属于非共轴式碟形飞行器 , 与常规 旋翼式飞行器相比 , 其结构更为紧凑 , 能够产生更大 的升力 , 并且 4 只旋翼可相互抵消反扭力矩 , 不需要 专门的反扭矩桨 。
早在 1907 年 , Bréguet -Richet 就让世界上第一 架四旋翼飞行器“ Gyroplane No .1 ” 升上了天空[ 1] 。
X -UFO 机体最大长度 68 .5 cm , 高 14 cm ;持续 飞行时间约 5 min ;遥 控距离可达 100 m 。X -UFO 的旋翼被置于发 泡聚丙烯(EPP)制成的圆环中 , 比 Draganflyer Ⅲ有更好的安全性 。
图 1 Draganflyer Ⅲ 图 2 X-UFO
OS4 是 EPFL 自动化系统实验室开发的一种电 动小型法 , 目标是要实现室内和室外环 境中的完全自主飞行 。
小型四旋翼低空无人飞行器综合设计
是实现遥控设备与飞行器之间通信的关键。在选择无线传输品牌 和型号时，需要考虑传输距离、信号稳定性、安全性等因素。同时，对于某些 特殊场景，还需要考虑防水、抗震等特殊性能。
3、传感器应用
传感器技术在小型四旋翼低空无人飞行器中扮演着重要的角色。通过使用多种 传感器，可以实现飞行器的定位、导航、控制等功能。为了保证数据的准确性 和可靠性，需要对传感器进行定期校准和维护。
实验结果与分析
通过仿真实验，本次演示提出的混合控制方法取得了显著的实验效果。在轨迹 跟踪实验中，飞行器能够快速准确地跟踪给定的轨迹，具有良好的动态性能和 稳定性。此外，通过与单一控制方法的对比实验，本次演示提出的混合控制方 法在跟踪精度和稳定性方面均表现出明显的优势。
结论与展望
本次演示针对四旋翼无人飞行器的非线性控制问题，提出了一种基于鲁棒控制 和滑模控制的混合控制方法。通过仿真实验验证了该方法的有效性。然而，仍 然存在一些不足之处，例如对飞行器的动态特性分析不够准确、控制系统的实 时性有待提高等。
设计思路
1、总体设计
小型四旋翼低空无人飞行器主要由机身、旋翼、遥控器等部分组成。机身采用 轻量化材料制成，以减小飞行器的重量，便于携带；旋翼则由四个电机驱动， 以实现飞行器的稳定飞行；遥控器则用于控制飞行器的飞行轨迹和高度。
2、硬件设计
硬件配置是小型四旋翼低空无人飞行器的核心部分，主要包括电池、传感器、 遥控设备等。电池选用高容量、轻量化的锂离子电池，以延长飞行器的续航时 间；传感器则采用GPS、加速度计、陀螺仪等，以实现飞行器的定位、导航和 控制；遥控设备则选用2.4GHz遥控器，以实现遥控设备的无线传输。
小型四旋翼低空无人飞行器综 合设计
01 引言
03 参考内容
目录
3、传感器应用
传感器技术在小型四旋翼低空无人飞行器中扮演着重要的角色。通过使用多种 传感器，可以实现飞行器的定位、导航、控制等功能。为了保证数据的准确性 和可靠性，需要对传感器进行定期校准和维护。
实验结果与分析
通过仿真实验，本次演示提出的混合控制方法取得了显著的实验效果。在轨迹 跟踪实验中，飞行器能够快速准确地跟踪给定的轨迹，具有良好的动态性能和 稳定性。此外，通过与单一控制方法的对比实验，本次演示提出的混合控制方 法在跟踪精度和稳定性方面均表现出明显的优势。
结论与展望
本次演示针对四旋翼无人飞行器的非线性控制问题，提出了一种基于鲁棒控制 和滑模控制的混合控制方法。通过仿真实验验证了该方法的有效性。然而，仍 然存在一些不足之处，例如对飞行器的动态特性分析不够准确、控制系统的实 时性有待提高等。
设计思路
1、总体设计
小型四旋翼低空无人飞行器主要由机身、旋翼、遥控器等部分组成。机身采用 轻量化材料制成，以减小飞行器的重量，便于携带；旋翼则由四个电机驱动， 以实现飞行器的稳定飞行；遥控器则用于控制飞行器的飞行轨迹和高度。
2、硬件设计
硬件配置是小型四旋翼低空无人飞行器的核心部分，主要包括电池、传感器、 遥控设备等。电池选用高容量、轻量化的锂离子电池，以延长飞行器的续航时 间；传感器则采用GPS、加速度计、陀螺仪等，以实现飞行器的定位、导航和 控制；遥控设备则选用2.4GHz遥控器，以实现遥控设备的无线传输。
小型四旋翼低空无人飞行器综 合设计
01 引言
03 参考内容
目录
四旋翼无人机控制系统设计与实现
四旋翼无人机控制系统设计与实现四旋翼无人机是一种结构简单、操作灵活的垂直起降无人机。
首先分析了四旋翼无人机的基本运动原理，然后以APM飞控计算机为核心，结合GPS定位芯片、陀螺仪、加速度计、航向计、无线数据电台等装置，进行了微型四旋翼无人机的系统集成。
分析了包括位置回路和姿态回路的双闭环控制结构的四旋翼无人机的控制逻辑与控制规律。
在进行传感器标定、参数整定等工作的基础上，对无人机进行了综合调试。
最终实现了无人机的稳定可靠飞行，具有良好的姿态控制、轨迹控制能力，各项性能指标符合设计要求。
标签：四旋翼无人机；PID控制；飞行控制；姿态控制；轨迹控制Abstract：The four-rotor unmanned aerial vehicle（UA V）is a kind of vertical take-off and landing UA V with simple structure and flexible operation. In this paper，the basic principle of motion of the four-rotor UA V is analyzed，then the APM flight control computer is used as the core，and the GPS positioning chip，gyroscope，accelerometer，heading meter，wireless data radio and other devices are combined. The system integration of micro quad-rotor unmanned aerial vehicle （UA V）is carried out. The control logic and control law of the four-rotor unmanned aerial vehicle （UA V）with double closed-loop control structure including position loop and attitude loop are analyzed. On the basis of sensor calibration and parameter tuning，the UA V is comprehensively debugged. Finally，the UA V can fly stably and reliably，and it has good attitude control and trajectory control ability，and all the performance indexes meet the requirements of design.Keywords：four rotor UA V；PID control；flight control；attitude control；trajectory control1 概述四旋翼無人机是一种非共轴、多旋翼式无人机，改变四个旋翼产生的升力大小就可以实现姿态稳定及飞行控制，其结构简单，体积较小，且飞行平稳、隐蔽性好，可用于救援搜索、侦查监控、探查航拍等任务，具有重要的研究价值和广阔的应用前景[1]。
基于非线性制导的四旋翼轨迹跟踪控制
计算机测量与控制．２０２０．２８（１１） 犆狅犿狆狌狋犲狉犕犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋牔犆狅狀狋狉狅犾 ·１０１ ·收稿日期：２０２００４１７； 修回日期：２０２００５２０。
作者简介：陈运剑（１９９１），男，湖北随州人，工程师，主要从事飞行器总体设计、飞行控制方向的研究。
文章编号：１６７１４５９８（２０２０）１１０１０１０５ ＤＯＩ：１０．１６５２６／ｊ．ｃｎｋｉ．１１－４７６２／ｔｐ．２０２０．１１．０２１ 中图分类号：ＴＰ２７３文献标识码：Ａ基于非线性制导的四旋翼轨迹跟踪控制陈运剑，刘 畅，马武举，帅 超（中国船舶重工集团公司第七一 研究所，湖北宜昌 ４４３００３）摘要：四旋翼是一种欠驱动、强耦合的可垂直起降的飞行器，为了实现其能够以设定速度跟踪空间轨迹，设计了一种基于非线性制导算法的轨迹跟踪控制方法；该方法分为了导引与控制两部分组成，导引部分以任务轨迹与期望速度为输入量通过非线性制导算法输出当前四旋翼的期望加速度，控制部分以得到的期望加速度为输入量采用串级ＰＩＤ算法对四旋翼进行姿态控制，从而实现四旋翼保持设定速度对任务轨迹的跟踪；仿真结果表明，所提方法能够实现四旋翼对复杂任务轨迹的精确跟踪，二维复杂轨迹跟踪距离偏差不超过±０．６ｍ，速度偏差不超过２ｍ／ｓ；三维复杂轨迹除了受自身控制力限制的飞行段外，跟踪距离偏差基本控制在±４ｍ以内，速度偏差不超过２ｍ／ｓ。
关键词：四旋翼；非线性制导；轨迹跟踪；姿态控制犜狉犪犼犲犮狋狅狉狔犜狉犪犮犽犻狀犵犆狅狀狋狉狅犾狅犳犙狌犪犱狉狅狋狅狉犅犪狊犲犱狅狀犖狅狀犾犻狀犲犪狉犌狌犻犱犪狀犮犲ＣｈｅｎＹｕｎｊｉａｎ，ＬｉｕＣｈａｎｇ，ＭａＷｕｊｕ，ＳｈｕａｉＣｈａｏ（Ｎｏ．７１０Ｒ＆ＤＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＣＳＩＣ，Ｙｉｃｈａｎｇ ４４３００３，Ｃｈｉｎａ）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｔｈｅｑｕａｄｒｏｔｏｒｉｓａｎｕｎｄｅｒ－ｄｒｉｖｅｎ，ｓｔｒｏｎｇ－ｃｏｕｐｌｉｎｇａｉｒｃｒａｆｔｔｈａｔｃａｎｔａｋｅｏｆｆａｎｄｌａｎｄｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅａｌｉｚｅｉｔｓａｂｉｌｉｔｙｔｏｔｒａｃｋａｓｐａｃｅｔｒａｊｅｃｔｏｒｙａｔａｓｅｔｓｐｅｅｄ，ａｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｔｒａｃｋｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｎｏｎｌｉｎｅａｒｇｕｉｄａｎｃｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｄｅ ｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｉｓｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｔｗｏｐａｒｔｓ：ｇｕｉｄａｎｃｅａｎｄｃｏｎｔｒｏｌ．Ｔｈｅｇｕｉｄａｎｃｅｐａｒｔｔａｋｅｓｔｈｅｍｉｓｓｉｏｎｔｒａｊｅｃｔｏｒｙａｎｄｔｈｅｄｅｓｉｒｅｄｓｐｅｅｄａｓｉｎｐｕｔａｎｄｏｕｔｐｕｔｓｔｈｅｅｘｐｅｃｔｅｄａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｑｕａｄｒｏｔｏｒｔｈｒｏｕｇｈｎｏｎｌｉｎｅａｒｇｕｉｄａｎｃｅａｌｇｏｒｉｔｈｍ．ＴｈｅｃｏｎｔｒｏｌｐａｒｔｕｓｅｓｔｈｅｃａｓｃａｄｅＰＩＤｔｏｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｑｕａｄｒｏｔｏｒ ｓａｔｔｉｔｕｄｅｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｅｘｐｅｃｔｅｄａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｏｂｔａｉｎｅｄ，ｓｏｔｈａｔｔｈｅｑｕａｄｒｏｔｏｒｃａｎｍａｉｎ ｔａｉｎｔｈｅｓｅｔｓｐｅｅｄｔｏｔｒａｃｋｔｈｅｍｉｓｓｉｏｎｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄｃａｎａｃｃｕｒａｔｅｌｙｔｒａｃｋｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｔａｓｋｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｏｆｔｈｅｑｕａｄｒｏｔｏｒ．Ｔｈｅｔｒａｃｋｉｎｇｄｉｓｔａｎｃｅｄｅｖｉａｔｉｏｎｏｆｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｃｏｍｐｌｅｘｔｒａｊｅｃｔｏｒｉｅｓｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ±０．６ｍ，ａｎｄｔｈｅｓｐｅｅｄｄｅｖｉａｔｉｏｎｄｏｅｓｎｏｔｅｘｃｅｅｄ２ｍ／ｓ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎｔｏｔｈｅｆｌｉｇｈｔｓｅｇｍｅｎｔｌｉｍｉｔｅｄｂｙｉｔｓｏｗｎｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒｃｅ，ｔｈｅｔｒａｃｋｉｎｇｄｉｓｔａｎｃｅｏｆｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｃｏｍｐｌｅｘｔｒａｊｅｃｔｏｒｉｅｓｂａｓｉｃａｌｌｙｒｅｍａｉｎｓｗｉｔｈｉｎ±４ｍ，ａｎｄｔｈｅｓｐｅｅｄｄｅｖｉａｔｉｏｎｄｏｅｓｎｏｔｅｘｃｅｅｄ２ｍ／ｓ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｑｕａｄｒｏｔｏｒ；ｎｏｎｌｉｎｅａｒｇｕｉｄａｎｃｅ；ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｔｒａｃｋｉｎｇ；ａｔｔｉｔｕｄｅｃｏｎｔｒｏｌ０ 引言四旋翼是一种能够垂直起降、空中悬停的无人飞行器，由于其机动灵活、操作简便、体积轻便等特点，四旋翼飞行器在科研、民用以及军用领域上得到了广泛的运用［１］。
微型四旋翼控制系统设计
微型四旋翼控制系统设计0 前言无人飞行器（UAV）自主飞行技术多年来一直是航空领域研究的热点，并且在实际应用中存在大量的需求，例如：侦察与营救任务，科学数据收集，地质、林业勘探，农业病虫害防治，以及视频监控，影视制作等。
通过无人飞行器来完成上述任务可以大大降低成本和提高人员安全保障。
无人飞行器的主要优点包括：系统制造成本低，在执行任务时人员伤害小，具有优良的操控性和灵活性等。
而旋翼式飞行器与固定翼飞行器相比，其优势还包括：飞行器起飞和降落所需空间少，在障碍物密集环境下的可控性强，以及飞行器姿态保持能力高。
由国际无人运输系统协会(International Association for Unmanned Vehicle Systems）组织的一年一度的国际空中机器人竞赛(International Aerial Robotics Competition),为自主旋翼式飞行器的应用潜力研究提供了一个很好的展示平台。
该竞赛吸引了来自全世界不同国家研究团队的参与，来完成预先设定的自主飞行任务。
在无人飞行器自主飞行的众多技术当中，飞行器自主飞行控制算法的设计一直是控制领域众多研究者最关心的问题之一。
经典的控制策略在飞行器系统的某个特定作用点上往往首先将系统模型线性化，然后在此基础上运用经典控制理论对系统进行分析和控制，控制精度和控制能力偏弱。
相比之下，运用现代非线性控制理论设计的控制算法，其性能明显优于经典控制算法。
小型四旋翼飞行器与其它飞行器相比，其优势在于其机械结构较为简单，并且只需通过改变四个马达的转速即可实现控制，且飞行机动能力更加灵活。
另一方面，小型四旋翼飞行器具有较高的操控性能，并具有在小区域范围内起飞，盘旋，飞行，着陆的能力。
飞行器可以飞至离目标更近的区域，而不像传统直升机由于其巨大的单旋翼而不能近距离靠近目标。
同时，小型四旋翼飞行器研究也为自动控制，先进传感技术以及计算机科学等诸多领域的融合研究提供了一个平台。
基于非线性互补滤波算法的四旋翼飞行器姿态信息融合处理
基于非线性互补滤波算法的四旋翼飞行器姿态信息融合处理孙菁宇;高国伟;潘宏生;毛瑞燕【摘要】针对四旋翼飞行器的MEMS惯性测量单元在姿态测量过程中存在着漂移和噪声误差等问题,在经典互补滤波融合算法的基础上提出了一种改进型的姿态融合处理算法,并搭建了以MPU6050为姿态测量单元的四旋翼飞行器硬件测试平台,分别在静态和动态环境下对惯性测量单元直接解算得到的姿态数据、传统互补滤波融合得到的姿态数据及改进后滤波算法融合得到的姿态信息进行对比.结果表明,改进后的姿态融合算法在静态环境和动态环境下都表现出了优于传统互补滤波的姿态融合处理效果.【期刊名称】《传感器世界》【年(卷),期】2017(023)004【总页数】6页(P14-19)【关键词】四旋翼飞行器;互补滤波;姿态融合【作者】孙菁宇;高国伟;潘宏生;毛瑞燕【作者单位】北京信息科技大学传感器重点实验室,北京100192;北京信息科技大学传感器重点实验室,北京100192;北京国科舰航传感技术有限公司,北京100101;北京信息科技大学传感器重点实验室,北京100192【正文语种】中文【中图分类】V275+.1一、引言近年来，随着新材料、微机电(MEMS)、微惯导(MIMU)以及飞行控制等技术的逐渐成熟及个人航拍和航模运动的兴起，低成本飞行器迅速进入大众视线，无人机市场呈现出爆炸式增长，其中尤以四旋翼飞行器最为主流[1]。
四旋翼在布局形式上属于非共轴式碟形飞行器，四个旋桨按照不同的方向旋转不仅抵消了反扭力矩，并且可以通过调节四个旋翼的转速实现各个方向的飞行控制。
其结构的简单可靠，体积小、重量轻，成本低，机动性强等特点使其在许多领域发挥出越来越不可替代的作用[2-3]，因此，研究其基本原理并在现有的功能基础上进行改进和优化具有重要意义。
姿态的准确获取是飞行器实现稳定飞行的前提，而姿态解算的精度和速度将直接影响到飞控算法的稳定性和可靠性。
随着人们对姿态解算的精度要求以及机载硬件的计算效率越来越高，姿态数据融合的精细化仍是当下研究的一个热点。
微小型四旋翼无人机研究进展及关键技术浅析
微小型四旋翼无人机研究进展及关键技术浅析岳基隆,张庆杰,朱华勇(国防科学技术大学机电工程与自动化学院,长沙410073)摘要:随着嵌入式处理器、微传感器技术和控制理论的发展和成熟,微小型四旋翼无人机逐步向高效、多功能化方向发展,并广泛应用于军事、民用、以及科学研究等多个领域。
首先,从原型研发、平台集成和商业化应用3个方面介绍了目前国内外在该领域最新的研究情况。
结合四旋翼无人机的特点,着重分析了微型机电系统、空气动力学设计、非线性系统建模以及飞行控制等关键技术。
最后,在国内外研究进展和关键技术分析的基础上,指出了未来四旋翼无人机技术发展趋势。
关键词:四旋翼;无人机;进展;关键技术中图分类号:V279文献标志码:A文章编号:1671-637X(2010)10-0046-07Research Progress and Key Technologies ofM icroQuad-Rotor UAVsYUE Jilong,Z HANG Q ing jie,ZHU H uayong(Co ll ege ofM echtron ic&A uto m ation,N a ti ona lU n i ve rs i ty o f D efense T echno l ogy,Changsha410073,Ch i na)A bstract:W ith the develop m en t of e mbedded processors,m icro-sensor techno l o gy and contro l theory, m icro quad-ro tor UAV i s g radually deve l o ped to be m ore e ffi c ient and m u lt-i f u nctiona,l and has found w i d e application in m ilitary,c i v ili a n,scientific research and other fie l d s.F irst o f a l,l the latest research situati o n at ho m e and abroad is introduced fro m t h ree aspects of pr o totype research and developm en,t p latf o r m i n tegration and co mm ercia l applicati o n.Second,accordi n g to the characteristics of quad-rotor UAV,the key technolog ies of m icro-electrical syste m,aerodyna m ic design,nonlinear syste m m ode ling and fli g ht contro l are ana l y zed i n detai.l F i n ally,the future developm ent trend of quad-r o tor UAV is presented based on the research progress and key techno log ies analysis.K ey words:quad-r o tor;Unm anned AerialV eh icle(UAV);developm en;t key techno logy0引言近年来,无人机(U n m anned A erial V ehicles,UAV)的应用和研究广泛受到有关各个方面的重视。
小型四旋翼无人机飞行控制系统设计与实现
小型四旋翼无人机飞行控制系统设计与实现李杰;齐晓慧;韩帅涛;刘星海【摘要】为进一步深入研究和开发小型四旋翼无人机搭建飞行控制实验系统,从硬件设计、软件开发和系统调试与飞行试验3个方面对搭建的小型四旋翼无人机飞行控制系统进行较为详细地阐述.飞行试验表明:所设计的飞行控制系统初步实现了对机体姿态的有效控制,为进一步研究自主飞行奠定了基础.【期刊名称】《中国测试》【年(卷),期】2014(040)002【总页数】4页(P90-93)【关键词】小型四旋翼无人机;飞行控制系统;硬件设计;软件设计;系统调试;飞行试验【作者】李杰;齐晓慧;韩帅涛;刘星海【作者单位】军械工程学院无人机工程系,河北石家庄050003;军械工程学院无人机工程系,河北石家庄050003;军械工程学院无人机工程系,河北石家庄050003;军械工程学院无人机工程系,河北石家庄050003【正文语种】中文【中图分类】V279;V249;V217;TP2730 引言随着嵌入式处理器、传感器、导航、通信、动力与能源供给以及控制理论等技术的发展，具有广阔军事和民用前景的小型四旋翼无人机的研究与开发已经取得了很大的进展并逐步得到广泛应用[1-5]。
搭建飞行控制实验系统对深入研究与开发小型四旋翼无人机有很重要的现实意义。
通过这个平台可以展开控制算法、控制系统和导航等方面的研究，为实现小型四旋翼无人机在复杂环境中的自主飞行、编队飞行以及应用打下基础。
本文从硬件设计、软件开发、系统调试与飞行试验3个方面对搭建的飞行控制系统进行较为详细的阐述，并在系统调试的基础上进行有关飞行试验。
1 硬件设计与实现1.1 飞行控制系统硬件总体设计整个飞行控制系统硬件构成包括中心控制模块、传感器模块、四电机控制模块、遥控接收机/导航控制模块、无线通信模块和电压转换模块等部分[6]。
（1）中心控制模块即飞行控制系统的的核心处理器，是系统的核心控制部分。
负责采集传感器（包括九轴姿态传感器和高度传感器）信息并实时解算出机体姿态角和高度;根据遥控接收机信息或者导航信息，结合实时解算的机体姿态角和高度，控制电机转速；通过无线通信模块与地面站进行数据双向传输，包括上传控制指令或修改参数和下传飞行状态数据。
非线性控制理论在四旋翼飞行器中的应用
非线性控制理论在四旋翼飞行器中的应用随着无人机技术的迅速发展，四旋翼飞行器的应用也日益广泛。
然而，为保证其在飞行中有良好的控制性能和稳定性，需要一些先进的控制理论与算法来指导控制系统设计。
本文将探讨非线性控制理论在四旋翼飞行器中的应用及其优势。
一、四旋翼飞行器的简介四旋翼飞行器是一种多旋翼飞行器，由四个舵机驱动四个旋翼，通过改变四个旋翼的转速与所受到的气流等因素之间的关系来实现飞行控制。
四旋翼飞行器具有简单的结构、灵活的机动性以及能在狭小空间内完成动作，广泛应用于航拍、物流配送等领域。
二、四旋翼飞行器的控制问题在四旋翼飞行器的控制系统中，最基本的任务就是控制其姿态和位置，以实现稳定的飞行。
然而，由于旋翼本身具有非线性性质以及多旋翼飞行器的复杂动力学特性，传统的线性控制理论无法满足其精确的控制要求。
因此，需要使用非线性控制理论来指导飞行器的控制系统设计。
三、非线性控制理论在四旋翼飞行器中的应用1. 基于反馈线性化的控制算法反馈线性化是一种经典的非线性控制方法，其基本思想是将非线性系统通过反馈线性化的方法转化为线性系统，并结合线性控制理论进行控制。
在四旋翼飞行器中，反馈线性化可以用于对其姿态进行控制。
具体而言，反馈线性化可以将四旋翼飞行器的非线性动力学特性转化为两个线性动力学模型，一个用于俯仰运动，而另一个用于横滚运动。
从而将问题分解成两个子问题。
然后，可以使用标准的PID控制算法对这两个子问题进行控制。
通过反馈线性化控制算法，可以有效地解决四旋翼飞行器的姿态控制问题。
2. 基于自适应控制的控制算法自适应控制是另一种常用的非线性控制方法，其主要思想是利用系统的自身特性进行自身调整，从而在面对不确定性和变化时获得更好的控制效果。
在四旋翼飞行器中，自适应控制可以用于位置控制。
具体而言，可以使用自适应控制算法来估算飞行器当前位置的误差，并相应地调节其控制命令。
通过这种控制算法，可以在面对环境变化时有良好的控制性能。
微小型多旋翼飞行器的非线性建模研究_第五鹏杰
数值 0.013 0.032 0.258 0.011 1 0.026 109 0.000 378 0.000 211
(12)
表2
参数 质量 m /kg x 轴向长度 x /mm y 轴向长度 y /mm z 轴向长度 z /mm x 惯量 I x /(kg · m2 )
四旋翼飞行器仿真参数表
数值 2.356 0.00 0.30 77.32 0.167 6 参数 数值 0.168 60 y 惯量 I y /(kg · m2 ) 0.297 40 z 惯量 I z /(kg · m 2 ) xy 惯量 I xy /(kg · m 2 ) 0.000 00 xz 惯量 I xz /(kg ·m 2 ) - 0.000 30 yz 惯量 I yz /(kg ·m 2 ) 0.0001 40
依据所建立的模型，采用 PD 反馈控制，设计 控制率，并根据四旋翼飞行器的不同飞行状态，进 行控制率参数的调整。图 6 描述了从静止到悬停状 态，螺旋桨转速、转轴扭矩和拉力的曲线。在时间 轴上第 3 s 时刻之前，系统是动态的，并且存在超 调； 3 s 之后，拉力、扭矩和速度值逐渐趋于稳定， 并且符合式 (10) 所示的比例关系。
1.2
叶片力和力矩分析 飞行器具有前飞速度时，如图 3 所示。叶片的
升力和阻力在机体坐标下可分解为平行于螺旋桨轴 线的拉力 T 和垂直于螺旋桨轴线的桨毂力 H 为： T L cos s D sin s (4) H D cos s L sin s 桨毂力产生的扭矩 M 为：
2 a0 1 2 1 1 2 a0 ind ind 1 2 8 1 2 9 2 3 2
1.3
气动系数的非线性分析
微小型四旋翼飞行器多信息非线性融合导航方法及实现
］ １ ２ ， 对导航系统的精度与可靠 性有较 高 响的特点 ［
现， 取得了多项技术成果和国家省部级奖项 。 在此 基础上 ， 实现了上述基于 Ｓ Ｐ Ｋ Ｆ 算法的微小型四旋 翼飞行器多传 感 器 非 线 性 滤 波 融 合 导 航 系 统 。 飞 该系 统 可 以 对 姿 态 、 速度和位置进行 行实验表明 ， 有效估计 ， 具有较 好 的 精 度 和 可 靠 性 ， 适用于四旋 翼飞行器机动飞行时的自主导航精度要求 。
犕 狌 犾 狋 犻 犻 狀 犳 狅 狉 犿 犪 狋 犻 狅 狀犖 狅 狀 犾 犻 狀 犲 犪 狉犉 狌 狊 犻 狅 狀犜 犲 犮 犺 狀 狅 犾 狅 犳犕 犻 犮 狉 狅 犵 狔狅 狌 犪 犱 狉 狅 狋 狅 狉犃 犻 狉 犮 狉 犪 犳 狋 犙
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合的方式对 载 体 的 姿 态 、 速度与位置信息进行量 是提高 微 小 型 飞 行 器 自 主 导 航 性 能 的 良 好 方 测， 案 。 文献 ［ ］ 研究了惯性／ ／磁强计 组合导 航系 ５ Ｇ Ｐ Ｓ 统在小型无人机中的应用 ， 磁强计的使用提高了姿 文献［ 研 究 了 惯 性／ ／激 光 跟 踪 态估计精度 ； ６］ Ｇ Ｐ Ｓ 仪／图像传感器组合导航系统在四旋翼飞行器中的 应用 ， 采用了图像传感器对姿态进行 量测 ， ／激 Ｇ Ｐ Ｓ 光跟踪仪对位 置 进 行 量 测 。 本 文 在 此 基 础 上 提 出 了一种多传感器数据融合导航方案 ， 在惯性导航基 础上 ， 采用了加速度计与磁强计对飞行姿态进行量 测， 而用 Ｇ 气压计 及 光 流 图 像 传 感 器 数 据 对 飞 Ｐ Ｓ、 行的位置 、 速度进行量测 。 此方案解决了常规微惯 性／ Ｇ Ｐ Ｓ 松组合 导 航 系 统 对 姿 态 估 计 精 度 及 可 靠 性较低的问题 ， 可以同时满足四旋翼飞行器对航姿 速度融合的要求 。 估计及位置 、 同 时， 多 导 航 传 感 器 进 行 数 据 融 合 时， 系统 的非线性较强 ， 常见的 Ｅ Ｋ Ｆ 滤波算法对高阶项的
现， 取得了多项技术成果和国家省部级奖项 。 在此 基础上 ， 实现了上述基于 Ｓ Ｐ Ｋ Ｆ 算法的微小型四旋 翼飞行器多传 感 器 非 线 性 滤 波 融 合 导 航 系 统 。 飞 该系 统 可 以 对 姿 态 、 速度和位置进行 行实验表明 ， 有效估计 ， 具有较 好 的 精 度 和 可 靠 性 ， 适用于四旋 翼飞行器机动飞行时的自主导航精度要求 。
犕 狌 犾 狋 犻 犻 狀 犳 狅 狉 犿 犪 狋 犻 狅 狀犖 狅 狀 犾 犻 狀 犲 犪 狉犉 狌 狊 犻 狅 狀犜 犲 犮 犺 狀 狅 犾 狅 犳犕 犻 犮 狉 狅 犵 狔狅 狌 犪 犱 狉 狅 狋 狅 狉犃 犻 狉 犮 狉 犪 犳 狋 犙
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合的方式对 载 体 的 姿 态 、 速度与位置信息进行量 是提高 微 小 型 飞 行 器 自 主 导 航 性 能 的 良 好 方 测， 案 。 文献 ［ ］ 研究了惯性／ ／磁强计 组合导 航系 ５ Ｇ Ｐ Ｓ 统在小型无人机中的应用 ， 磁强计的使用提高了姿 文献［ 研 究 了 惯 性／ ／激 光 跟 踪 态估计精度 ； ６］ Ｇ Ｐ Ｓ 仪／图像传感器组合导航系统在四旋翼飞行器中的 应用 ， 采用了图像传感器对姿态进行 量测 ， ／激 Ｇ Ｐ Ｓ 光跟踪仪对位 置 进 行 量 测 。 本 文 在 此 基 础 上 提 出 了一种多传感器数据融合导航方案 ， 在惯性导航基 础上 ， 采用了加速度计与磁强计对飞行姿态进行量 测， 而用 Ｇ 气压计 及 光 流 图 像 传 感 器 数 据 对 飞 Ｐ Ｓ、 行的位置 、 速度进行量测 。 此方案解决了常规微惯 性／ Ｇ Ｐ Ｓ 松组合 导 航 系 统 对 姿 态 估 计 精 度 及 可 靠 性较低的问题 ， 可以同时满足四旋翼飞行器对航姿 速度融合的要求 。 估计及位置 、 同 时， 多 导 航 传 感 器 进 行 数 据 融 合 时， 系统 的非线性较强 ， 常见的 Ｅ Ｋ Ｆ 滤波算法对高阶项的
基于视觉的微小型四旋翼飞行机器人位姿估计与导航研究共3篇
基于视觉的微小型四旋翼飞行机器人位姿估计与导航研究共3篇基于视觉的微小型四旋翼飞行机器人位姿估计与导航研究1近年来，随着无人机技术的发展，四旋翼飞行机器人已经成为了无人机领域不可或缺的重要组成部分。
而要想让四旋翼飞行机器人发挥更好的作用，就需要对其位姿估计与导航进行研究。
基于视觉的微小型四旋翼飞行机器人位姿估计与导航研究，是一项目前正在快速发展的研究领域。
这种研究方法利用计算机视觉技术，使用摄像头采集四旋翼飞行机器人周围的环境信息，并对其进行处理分析，以实现对机器人位置和方向的估计。
而且相较于其他传感器，视觉传感器具有无需额外硬件、成本低廉、信息量丰富等优势，因而备受关注。
目前，视觉位姿估计的方法主要有两种：基于单目3D重建和基于双目视觉方法。
前者是通过将单个摄像头从不同角度获取的图像进行三维建模，从而推算出机器人的位姿；后者则是将两个摄像头的图像信息结合起来，以实现更加准确的位姿估计。
在基于单目3D重建的位姿估计中，研究人员已经成功实现了对四旋翼飞行机器人的位置和方向估计。
例如，将机器人周围的环境模型化，并使用模型匹配算法进行位姿估计的方法已被广泛运用。
同时，也有学者尝试运用追踪与定位技术，对飞机实时进行位姿估计。
在基于双目视觉的位姿估计中，研究人员主要采用了立体匹配算法，将两个摄像头采集的图像信息进行匹配，得出机器人位姿。
由于两个摄像头的相对位置固定，因此通过双目视觉可以更快地获得更加准确的位姿信息。
除了位姿估计外，基于视觉的微小型四旋翼飞行机器人导航研究也十分重要。
导航系统是无人机实现自主控制的关键组成部分，有效的导航系统可以保证无人机的稳定飞行和精确定位。
而基于视觉的导航系统具有高度的灵活性和可靠性，可以通过自主学习和深度神经网络的方法，实现对不同环境的适应性调整。
总的来说，基于视觉的微小型四旋翼飞行机器人位姿估计与导航研究在未来将会变得越来越重要。
利用视觉传感器的信息，可以大大提高无人机系统的导航和控制能力，促进无人机系统的发展综上所述，基于视觉的微小型四旋翼飞行机器人位姿估计与导航研究是当前研究的热点之一。
微型四旋翼无人机控制系统设计与实现
关键词：多旋翼，无人机，飞行控制系统，姿态参考系统，地面站
i
微型四旋翼无人机控制系统设计与实现
ABSTRACT
Micro/small unmanned multi-rotor aircraft is playing an increasingly important role in military, civil and technology fields. Multi-rotor aircraft has great advantages in size, weight and maneuverability, also it can take-off and land vertically and hover in certain point. The design of the flight control system is the key of the autonomous flight. The flight performance highly depends on the performance of the flight control system. Thus, the design of flight control system with small size, low weight, low power consumption and low cost has great theoretical and application value. In this paper, the M4R(micro-4-rotor) aircraft is severed as the research platform. The structure and operation principle of this M4R is presented, the mathematical model is established, and the control strategy is introduced and proved by the requirements in the load ability, cost, power comsumption and size, the hardware of the control system is designed. With the modual design principle, the flight control calculation unit, sensors module, power module, activator module, remote wirless control module, wirless data communication module and groundstation is implemented. The original data of the sensors are analyzed by Allam viaration method. Two attitude reference systems are designed by using complementary filter and Kalman Fileter based on quaternion, respectively. They are verified by experimental tests. With the requirements of the M4R flight control system, the software design flow is elaborated. The data communication protocol is made, and the flight data is transimitted via groundstation. To test the software design of the M4R attitude reference system and groundstation, related experimental tests were made. A seiries of fly tests were carried out to verify the feasibility and realiabilty of the software and hardware design of the flight control system and control strategy. The flight data and experimental results show that the hardware design of the flight control system meets the requirements, and the software design architecture is reasonable. The attitude reference system can meet the accuracy demand of M4R. The groundstation has high flexibility and has good real-time transimittion ablity, which allows it to be used in the real-time flight test situation. According to the fly tests, the control strategy used in this paper can meet the requirements of attitude and position control stabiliy. Keywords: Multi-rotor, Umaned Aircraft, Flight Control System, Attitude Reference System, Groundstation
多旋翼无人机的姿态与导航信息融合算法研究
多旋翼无人机的姿态与导航信息融合算法研究多旋翼无人机已被广泛应用于军事与民用领域。
导航系统是多旋翼无人机的重要组成部分,是其实现安全与稳定飞行的基础。
采用INS/GPS组合导航系统可实现高精度导航,该组合导航系统具有优势互补、导航机构冗余的特点,其实质是一个多传感器导航信息优化处理系统。
无人机的主要导航参数就是依靠多传感器信息融合获得的,因此信息融合技术是组合导航系统的关键技术,目前已成为国内外学者研究的热点问题。
本文以课题组自行研制的全新结构多旋翼小型无人机为研究平台,展开对机载多传感器组合导航系统信息融合这一关键技术的研究。
论文包括以下几个方面:(1)研究了多旋翼无人机各机载传感器的测量应用特性,重点研究了陀螺仪的噪声源种类及误差消除方法。
在此基础之上,确定了基于姿态、位置、速度的多级式信息融合结构,它是基于信息融合的层次化结构设计,可明显减少导航系统的计算量,提高系统的机动性能。
多级式融合结构的每一级可采用不同的融合算法,本文着重介绍了在多传感器组合导航系统中应用最成功、最广泛的Kalman滤波算法。
(2)根据各传感器的测量特性分析,展开基于各传感器的导航信息解算算法研究。
采用当地地理导航坐标系进行机械编排,并根据无人机实际飞行特点做出相应简化。
在此基础上,研究了陀螺仪的姿态解算、加速度计与磁力计的姿态解算、加速度计的位置与速度解算、GPS的位置与速度解算。
为信息融合的模型建立和算法研究奠定基础。
(3)采用陀螺仪与加速度计、磁力计进行第一级姿态信息融合,该级融合算法采用Kalman滤波算法。
建立姿态融合系统的非线性离散时间状态空间模型,采用扩展Kalman滤波解决了模型线性化问题。
提出了一种改进的Sage-Husa自适应扩展Kalman滤波算法,该算法采用陀螺仪动态解算的姿态角方差来估计系统噪声方差,使用自适应滤波算法在线实时估计量测噪声方差,这样可以保证滤波的精度与稳定性,该算法同时引入了滤波器收敛性判据,并结合强跟踪Kalman滤波算法有效的抑制了滤波发散问题。
一种微小型组合导航系统的多信息融合方法
一种微小型组合导航系统的多信息融合方法
王浩;蔡体菁
【期刊名称】《舰船电子工程》
【年(卷),期】2008(028)005
【摘要】针对微小型惯性测量单元、GPS、大地数据系统和磁强计组成的组合导航系统,提出一种新的信息融合方法.通过系统的故障诊断环节对各传感器输出信息进行分析、比较和判断,隔离故障信息,对正常信息进行融合.计算机仿真结果表明,该系统在短时间出现故障时能够保持较高的导航精度.
【总页数】3页(P75-77)
【作者】王浩;蔡体菁
【作者单位】东南大学仪器科学与工程学院,南京,210096;空军航空大学控制系,长春,130033;空军航空大学控制系,长春,130033
【正文语种】中文
【中图分类】U666.11
【相关文献】
1.一种新的基于多信息测度融合的边缘检测方法 [J], 才辉;张光新;张浩;周泽魁
2.微小型四旋翼飞行器多信息非线性融合导航方法及实现 [J], 刘建业;贾文峰;赖际舟;吕品
3.一种多信息融合无创血糖检测数据处理方法研究 [J], 包颖;单新治;王冠学;洪瑞金;张大伟;高秀敏
4.一种基于多信息融合的室内移动机器人定位方法 [J], 缪松华;顿向明;顿向勇
5.一种基于多信息融合的环境探测方法 [J], 柳明;冯建农
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信息融合导航 方案 ， 针 对 多传 感 器 数 据 更 新 不 一 致 的 问 题 ， 提 出 了 时 间更 新 和 量 测 更 新 分 离 的 异 步 滤 波 方 法 。
针 对 微 小型 四 旋 翼 无 人 飞 行 器 的 易 受环 境 影 响 和 多信 息 数 据 融 合 的 非 线 性 特 点 ， 研 究 了Ｓ ｉ ｇ ｍａ点 卡 尔 曼滤 波 器 （ Ｓ ｉ ｇ ｍａ — ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ Ｋ ａ ｌ ｍａ ｎ ｆ ｉ ｌ ｔ ｅ ｒ ， Ｓ Ｐ Ｋ Ｆ ） 的应用 ， 构 建 了一 种 新 型 的 四 旋 翼 飞行 器 微 型 多信 息 导 航 系统 。 实验 表 明 ， 该 系统 在 静 态和 动 态 飞 行 环 境 下 可 对 飞行 器 的 姿 态 、 速度 和位置进行 可靠估计 和量测 ， 能 够 保 证 四旋 翼 飞 行 器
（ Ｎａ ｖ ｉ ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｃｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ，Ｃｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ａｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ，Ｎａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ
第４ ５卷 第 ５期
２ ０ １ ３年 １ Ｏ月
南 京 航 空
航
天
大
学
学
报
Ｖｏ １ ． ４５ Ｎｏ ．５ Ｏｃ ｔ ． ２０１ ３
Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ａｅ ｒ ｏ ｎ ａ ｕ ｔ ｉ ｃ ｓ＆ Ａｓ ｔ ｒ ｏ ｎ ａ ｕ ｔ ｉ ｃ ｓ Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｎａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ
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自主 飞 行 的精 度 和 可 靠 性 ， 满足 多种 任 务 需 求 。 关键词 ： 四旋翼飞行 器； 多信 息 融 合 微 型 导航 系 统 ； 多传 感 器 ； Ｓ ｉ ｇ ｍａ 点 卡 尔 曼滤 波 器
中图分类号 ： Ｖ２ ４ ９ ． ３ — ２ ６ １ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ — ０ ５ ７ ５ — ０ ８
微 小 型 四旋 翼 飞 行 器 多信 息 非 线 性 融合 导 航 方 法 及 实 现
刘建 业 贾文 峰 赖 际舟 吕 品
（ 南 京 航 空 航 天 大 学 自动 化 学 院 导 航 研 究 中 心 ， 南京 ， ２ １ ０ ０ １ ６ ）
摘要 ： 导航 系统 的 完好 性 及 可 用 性 是 微 小 型 无 人 飞行 器 实现 自主 可 靠 飞 行 的 重要 保 障 。本 文 设 计 了 基 于 ＡＲ Ｍ 处 理 器 的 四 旋翼 飞 行 实验 平 台 ， 提 出一 种 采 用 ＭＥ Ｍｓ微 惯 性 器 件 、 磁 强计 、 Ｇ Ｐ Ｓ 、 光 流 图 像 传 感 器及 气 压 计 的 多
Ｍｕ ｌ ｔ ｉ — ｉ ｎｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｎｏ ｎｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ Ｆｕ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｔｅ ｃ ｈ ｎｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｏ ｆ Ｍｉ ｃ ｒ ｏ
Ｑｕ ａ ｄ ｒ ｏ ｔ ｏ ｒ Ａｉ ｒ ｃ ｒ ａ ｆ ｔ
Ｌｉ ｕ Ｊ ｉ ａ ｎ ｙ ｅ，Ｊ ｉ ａ Ｗｅ ｎ ｆ ｅ ｎ ｇ，Ｌ ａ ｉ Ｊｉ ｚ ｈ ｏ ｕ，Ｌｕ Ｐｉ ｎ
信息融合导航 方案 ， 针 对 多传 感 器 数 据 更 新 不 一 致 的 问 题 ， 提 出 了 时 间更 新 和 量 测 更 新 分 离 的 异 步 滤 波 方 法 。
针 对 微 小型 四 旋 翼 无 人 飞 行 器 的 易 受环 境 影 响 和 多信 息 数 据 融 合 的 非 线 性 特 点 ， 研 究 了Ｓ ｉ ｇ ｍａ点 卡 尔 曼滤 波 器 （ Ｓ ｉ ｇ ｍａ — ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ Ｋ ａ ｌ ｍａ ｎ ｆ ｉ ｌ ｔ ｅ ｒ ， Ｓ Ｐ Ｋ Ｆ ） 的应用 ， 构 建 了一 种 新 型 的 四 旋 翼 飞行 器 微 型 多信 息 导 航 系统 。 实验 表 明 ， 该 系统 在 静 态和 动 态 飞 行 环 境 下 可 对 飞行 器 的 姿 态 、 速度 和位置进行 可靠估计 和量测 ， 能 够 保 证 四旋 翼 飞 行 器
（ Ｎａ ｖ ｉ ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｃｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ，Ｃｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ａｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ，Ｎａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ
第４ ５卷 第 ５期
２ ０ １ ３年 １ Ｏ月
南 京 航 空
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Ｖｏ １ ． ４５ Ｎｏ ．５ Ｏｃ ｔ ． ２０１ ３
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ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ （ ＭＥ ＭＳ ）ｉ ｎ ｅ ｒ ｔ ｉ ａ ｌ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｎ ｅ ｎ ｔ ｓ ，ｍ ａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｏ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ，ＧＰ Ｓ，ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ — ｆ ｌ ｏ ｗ ｉ ｍａ ｇ ｉ ｎ ｇ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ａ ｎ ｄ ｂ ａ ｒ ｏ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ．
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Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔｈｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｇｒ ｉ ｔ ｙ ａ ｎｄ ｕｓ ａ ｂｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏｆ ｔ ｈｅ ｎ ａ ｖｉ ｇａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙｓ ｔ ｅ ｍ ａ ｒ ｅ ｉ ｍｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｎｔ ｓ ａ ｆ ｅ ｇ ｕａ ｒ ｄｓ ｔ ｏ ｓ ｍａ ｌ ｌ ｕ ｎ— ｍａ ｎｎｅ ｄ ａ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｖｅ ｈｉ ｃ ｌ ｅ ｓ ａ ｕ ｔ ｏ ｎｏ ｍｏ ｕｓ ｆ ｌ ｉ ｇｈｔ ．Ａ ｑ ｕａ ｄ ｒ ｏ ｔ ｏｒ ａ ｉ ｒ ｃ ｒ ａ ｆ ｔ ｗｉ ｔ ｈ ＡＲＭ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｐｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｒ ｉ ｓ ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎｅ ｄ． Ａ ｍ ｕｌ ｔ ｉ — ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｕｓ ｉ ｏ ｎ ｎ ａ ｖ ｉ ｇａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｃ ｈｅ ｍｅ ｉ ｓ ｐｒ ｏ ｐ ｏｓ ｅ ｄ， ｗｈｉ ｃ ｈ ｃ ｏ ｎｓ ｉ ｓ ｔ ｓ ｏ ｆ ｍｉ ｃ ｒ ｏ — ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎｉ ｃ ａ ｌ
自主 飞 行 的精 度 和 可 靠 性 ， 满足 多种 任 务 需 求 。 关键词 ： 四旋翼飞行 器； 多信 息 融 合 微 型 导航 系 统 ； 多传 感 器 ； Ｓ ｉ ｇ ｍａ 点 卡 尔 曼滤 波 器
中图分类号 ： Ｖ２ ４ ９ ． ３ — ２ ６ １ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ — ０ ５ ７ ５ — ０ ８
微 小 型 四旋 翼 飞 行 器 多信 息 非 线 性 融合 导 航 方 法 及 实 现
刘建 业 贾文 峰 赖 际舟 吕 品
（ 南 京 航 空 航 天 大 学 自动 化 学 院 导 航 研 究 中 心 ， 南京 ， ２ １ ０ ０ １ ６ ）
摘要 ： 导航 系统 的 完好 性 及 可 用 性 是 微 小 型 无 人 飞行 器 实现 自主 可 靠 飞 行 的 重要 保 障 。本 文 设 计 了 基 于 ＡＲ Ｍ 处 理 器 的 四 旋翼 飞 行 实验 平 台 ， 提 出一 种 采 用 ＭＥ Ｍｓ微 惯 性 器 件 、 磁 强计 、 Ｇ Ｐ Ｓ 、 光 流 图 像 传 感 器及 气 压 计 的 多