一种无人机及其航向对准方法、装置和存储介质制造方法及图纸

本申请公开了一种无人机及其航向对准方法、装置和计算机可读存储介质，该无人机的航向对准方法包括：根据全球导航卫星系统输出的速度计算姿态；根据姿态确定第一航向角，并根据速度和姿态计算第一加速度；根据第一加速度与惯性器件输出的第二加速度，计算惯性器件与全球导航卫星系统的航向差值；将第一航向角与航向差值之和，作为惯性器件在导航坐标系下的航向角。本申请利用基于全球导航卫星系统得到的第一加速度与基于惯性器件得到的第二加速度，可求取惯性器件与全球导航卫星系统的航向差值，进而可在无需更改实际安装工艺的情况下，从理论上完成对惯性器件的初始航向对准，提高了航向对准效率和便利性。

A UAV and its heading alignment method, device and storage medium

【技术实现步骤摘要】
一种无人机及其航向对准方法、装置和存储介质
本申请涉及导航定位
，特别涉及一种无人机及其航向对准方法、装置和计算机可读存储介质。
技术介绍
目前，多旋翼无人机的应用越来越广泛，在遥感测绘、植保、电力巡查等领域已得到较为成功的应用。无人机上一般需要安装全球导航卫星系统进行位置和速度解算，并利用惯性器件进行运动姿态检测等。现有技术中，特别是在中大型无人机上，全球导航卫星系统多采用双天线，需要严格保证惯性器件的坐标系与双天线的航向一致，这对惯性器件的安装工艺提出了较高的要求，在实际应用中很难实现。并且，双天线的安装也会受制于无人机的体积大小和安装空间位置。鉴于此，提供一种解决上述技术问题的方案，已经是本领域技术人员所亟需关注的。
技术实现思路
本申请的目的在于提供一种无人机及其航向对准方法、装置和计算机可读存储介质，以便有效简化航向对准的操作要求和对器件安装的工艺要求，进而提高航向对准效率和便利性。为解决上述技术问题，第一方面，本申请公开了一种无人机的航向对准方法，所述无人机装载有惯性器件和单天线的全球导航卫星系统，所述航向对准方法包括：根据所述全球导航卫星系统输出的速度计算姿态；根据所述姿态确定第一航向角，并根据所述速度和所述姿态计算第一加速度；根据所述第一加速度与所述惯性器件输出的第二加速度，计算所述惯性器件与所述全球导航卫星系统的航向差值；将所述第一航向角与所述航向差值之和，作为所述惯性器件在导航坐标系下的航向角。可选地，所述根据所述速度和所述姿态计算第一加速度包括：通过对所述速度和所述姿态进行插值求导，计算所述第一加速度。可选地，所述计算所述惯性器件与所述全球导航卫星系统的航向差值，包括：确定关于所述惯性器件与导航坐标系的姿态偏差旋转矩阵的目标函数以及所述目标函数的增量方程；确定所述姿态偏差旋转矩阵的初值；将所述初值代入所述目标函数进行计算；将所述目标函数的计算结果代入所述增量方程以计算增量偏差；将所述增量偏差代入最小二乘偏差函数进行更新计算；判断更新后的增量偏差是否小于预设阈值；若是，则将当前的姿态偏差旋转矩阵中的航向角差值确定为所述航向差值；若否，则根据所述增量偏差更新所述姿态偏差旋转矩阵的初值，并继续执行所述将所述初值代入所述目标函数进行计算的步骤。可选地，所述确定关于所述惯性器件与导航坐标系的姿态偏差旋转矩阵的目标函数，包括：将f(R)＝aGNSS-RaIMU确定为关于所述惯性器件与导航坐标系的姿态偏差旋转矩阵的目标函数；其中，aGNSS为第一加速度；aIMU为第二加速度；R为姿态偏差旋转矩阵。可选地，所述目标函数的增量方程为：J(R)TJ(R)ΔR＝-J(R)Tf(R)；其中，J(R)为f(R)的偏导数；ΔR为增量偏差。可选地，将所述增量偏差代入最小二乘偏差函数进行更新计算，包括：将所述增量偏差代入中进行更新计算；其中，ΔR*为更新后的增量偏差；||||2表示二范数。第二方面，本申请还公开了一种无人机的航向对准装置，所述无人机装载有惯性器件和单天线的全球导航卫星系统，所述航向对准装置包括：第一计算模块，用于根据所述全球导航卫星系统输出的速度计算姿态；第二计算模块，用于根据所述姿态确定第一航向角，并根据所述速度和所述姿态计算第一加速度；第三计算模块，用于根据所述第一加速度与所述惯性器件输出的第二加速度，计算所述惯性器件与所述全球导航卫星系统的航向差值；矫正模块，用于将所述第一航向角与所述航向差值之和，作为所述惯性器件在导航坐标系下的航向角。可选地，所述第二计算模块具体用于：通过对所述速度和所述姿态进行插值求导，计算所述第一加速度。可选地，所述第三计算模块具体包括：确定单元，用于确定关于所述惯性器件与导航坐标系的姿态偏差旋转矩阵的目标函数以及所述目标函数的增量方程；确定所述姿态偏差旋转矩阵的初值；计算单元，用于将所述初值代入所述目标函数进行计算；将所述目标函数的计算结果代入所述增量方程以计算增量偏差；将所述增量偏差代入最小二乘偏差函数进行更新计算；判断单元，用于判断更新后的增量偏差是否小于预设阈值；处理单元，用于在更新后的增量偏差小于预设阈值时，将当前的姿态偏差旋转矩阵中的航向角差值确定为所述航向差值；在更新后的增量偏差不小于预设阈值时，根据所述增量偏差更新所述姿态偏差旋转矩阵的初值，以便计算单元继续用于将所述初值代入所述目标函数进行计算。可选地，所述确定单元具体用于：将f(R)＝aGNSS-RaIMU确定为关于所述惯性器件与导航坐标系的姿态偏差旋转矩阵的目标函数；其中，aGNSS为第一加速度；aIMU为第二加速度；R为姿态偏差旋转矩阵。可选地，所述目标函数的增量方程为：J(R)TJ(R)ΔR＝-J(R)Tf(R)；其中，J(R)为f(R)的偏导数；ΔR为增量偏差。可选地，所述计算单元具体用于：将所述增量偏差代入中进行更新计算；其中，ΔR*为更新后的增量偏差；||||2表示二范数。第三方面，本申请还公开了一种无人机，包括：存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行所述计算机程序以实现如下步骤：根据所述全球导航卫星系统输出的速度计算姿态；根据所述姿态确定第一航向角，并根据所述速度和所述姿态计算第一加速度；根据所述第一加速度与所述惯性器件输出的第二加速度，计算所述惯性器件与所述全球导航卫星系统的航向差值；将所述第一航向角与所述航向差值之和，作为所述惯性器件在导航坐标系下的航向角。可选地，所述处理器在执行所述存储器中存储的计算机程序时具体用于：通过对所述速度和所述姿态进行插值求导，计算所述第一加速度。可选地，所述处理器在执行所述存储器中存储的计算机程序时具体用于：确定关于所述惯性器件与导航坐标系的姿态偏差旋转矩阵的目标函数以及所述目标函数的增量方程；确定所述姿态偏差旋转矩阵的初值；将所述初值代入所述目标函数进行计算；将所述目标函数的计算结果代入所述增量方程以计算增量偏差；将所述增量偏差代入最小二乘偏差函数进行更新计算；判断更新后的增量偏差是否小于预设阈值；若是，则将当前的姿态偏差旋转矩阵中的航向角差值确定为所述航向差值；若否，则根据所述增量偏差更新所述姿态偏差旋转矩阵的初值，并继续将所述初值代入所述目标函数进行计算。可选地，所述处理器在执行所述存储器中存储的计算机程序时具体用于：将f(R)＝aGNSS-RaIMU确定为关于所述惯性器件与导航坐标系的姿态偏差旋转矩阵的目标函数；其中，aGNSS为第一加速度；aIMU为第二加速度；R为姿态偏差旋转矩阵。可选地，所述处理器在执行所述存储器中存储的计算机程序时具体用于：将所述目标函数的增量方程确定为：J(R)TJ(R)ΔR＝-J(R)Tf(R)；其中，J(R)为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人机的航向对准方法，其特征在于，所述无人机装载有惯性器件和单天线的全球导航卫星系统，所述航向对准方法包括：/n根据所述全球导航卫星系统输出的速度计算姿态；/n根据所述姿态确定第一航向角，并根据所述速度和所述姿态计算第一加速度；/n根据所述第一加速度与所述惯性器件输出的第二加速度，计算所述惯性器件与所述全球导航卫星系统的航向差值；/n将所述第一航向角与所述航向差值之和，作为所述惯性器件在导航坐标系下的航向角。/n

【技术特征摘要】
1.一种无人机的航向对准方法，其特征在于，所述无人机装载有惯性器件和单天线的全球导航卫星系统，所述航向对准方法包括：
根据所述全球导航卫星系统输出的速度计算姿态；
根据所述姿态确定第一航向角，并根据所述速度和所述姿态计算第一加速度；
根据所述第一加速度与所述惯性器件输出的第二加速度，计算所述惯性器件与所述全球导航卫星系统的航向差值；
将所述第一航向角与所述航向差值之和，作为所述惯性器件在导航坐标系下的航向角。


2.根据权利要求1所述的航向对准方法，其特征在于，所述根据所述速度和所述姿态计算第一加速度包括：
通过对所述速度和所述姿态进行插值求导，计算所述第一加速度。


3.根据权利要求1或者2所述的航向对准方法，其特征在于，所述计算所述惯性器件与所述全球导航卫星系统的航向差值，包括：
确定关于所述惯性器件与导航坐标系的姿态偏差旋转矩阵的目标函数以及所述目标函数的增量方程；
确定所述姿态偏差旋转矩阵的初值；
将所述初值代入所述目标函数进行计算；
将所述目标函数的计算结果代入所述增量方程以计算增量偏差；
将所述增量偏差代入最小二乘偏差函数进行更新计算；
判断更新后的增量偏差是否小于预设阈值；
若是，则将当前的姿态偏差旋转矩阵中的航向角差值确定为所述航向差值；
若否，则根据所述增量偏差更新所述姿态偏差旋转矩阵的初值，并继续执行所述将所述初值代入所述目标函数进行计算的步骤。


4.根据权利要求3所述的航向对准方法，其特征在于，所述确定关于所述惯性器件与导航坐标系的姿态偏差旋转矩阵的目标函数，包括：
将f(R)＝aGNSS-RaIMU确定为关于所述惯性器件与导航坐标系的姿态偏差旋转矩阵的目标函数；
其中，aGNSS为第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘新，陈明，兰飞，闫朝国，
申请(专利权)人：深圳市元征科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44