无人直升机高度通道辨识数据变权值融合方法技术

无人直升机高度通道辨识数据变权值融合方法属于无人机辨识建模领域，其特征在于，含有：频域变换、数据融合和数据验证三个阶段，其中，在频域变换阶段，分别对由超声波高度计和加速度计检测得到的时域辨识数据进行频域变换，得到高度通道的２组频域响应数据；在数据融合阶段，利用与频率相关的权值，将分别由超声波高度计和加速度计得到的２组频域响应数据融合为１组数据；在数据验证阶段，利用相关函数检验高度通道频域响应数据的有效性。本发明专利技术同时使用超声波高度计和加速度计作为高度通道辨识的数据来源，并在不同频域范围内互为补充，可以有效降低建模过程中噪声的影响，从而显著提高无人直升机高度通道的辨识精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是用于提高无人直升机高度通道动力学模型辨识精度的方法，能够获得高 度有效的频率响应数据。主要应用在航空航天、无人机、机器人等

技术介绍
动力学辨识是无人直升机建模的一种有效手段。以往的无人直升机高度通道的辨 识建模通常只采用加速度计的数据。然而，加速度计是一种对震动非常敏感的传感器，在测 量直升机垂向加速度的同时，也会测量直升机机身的震动。因此，加速度计的测量数据中包 含有大量的噪声。虽然可用滤波处理，但会缩小辨识的频率范围。此外，在无人直升机的垂 直通道辨识实验中，无人直升机垂向加速度的幅值随频率而变化。其中，频率的变化范围通 常为0. 2HZ-2HZ。频率越高，对应的无人直升机垂向加速度幅值越小。因此，在低频段，由于 信噪比高，可以有效地将直升机的加速度检测出来；而在高频段，无人直升机垂向加速度幅 值较小，甚至小于噪声的幅值，所以此时会因信噪比过低而无法检测出有效的数据。因此， 加速度计的测量虽然不受高度限制，但在高频段的辨识中有效性低。然而，无人直升机通常配备有测量近地高度的超声波高度计。超声波高度计虽然 量程有限(< 10m)，但测量精度高(cm级)，且对机体震动不敏感。由于无人直升机在高频 段的辨识飞行的垂直范围很小(< Im)，因此将超声波高度计测量数据引入高频段的辨识。 具体方法是将测量数据进行二次差分，从而得到无人直升机的加速度值。因此在高频段内， 由超声波高度计得到的加速度值恰好可以对加速度计进行数据补充。考虑以上原因，本专利技术通过采用变权值融合方法，将超声波高度计的测量结果引 入无人直升机高度通道的辨识。本专利技术利用超声波高度计和加速度计两种传感器的在不同 频段内的优点，使两种传感器的测量数据互为补充，从而提高无人直升机高度通道频率响 应数据的有效性，并扩宽了高度辨识的频率范围。而且，本专利技术仅改进算法，而不增加硬件， 所以不增加无人直升机的重量。此外，与传统的高度通道辨识方法相比，本专利技术还有原理简 单、调整方便、适应范围宽的优点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于提高无人直升机高度通道频率响应数据的有效 性的方法。本专利技术的特征在于，含有频域变换、数据变权值融合和数据验证三个阶段，其中， 在频域变换阶段，分别对超声波高度计和加速度计检测得到的时域辨识数据进行频域变 换，得到2组高度通道的频域响应数据；在数据融合阶段，利用变权值融合算法，将分别由 超声波高度计和加速度计得到的2组频域响应数据融合为1组数据，以用于高度通道的频 域辨识，变权值融合的计算公式为 权利要求，其特征在于，含有频域变换、数据变权值融合和数据验证三个阶段，其中，在频域变换阶段，分别对超声波高度计和加速度计检测得到的时域辨识数据进行频域变换，得到2组高度通道的频域响应数据；在数据融合阶段，利用变权值融合算法，将分别由超声波高度计和加速度计得到的2组频域响应数据融合为1组数据，以用于高度通道的频域辨识，变权值融合的计算公式为 <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>&CenterDot;</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>&CenterDot;</mo><msub> <mi>H</mi> <mi>acc</mi></msub><mrow> <mo>(</mo&本文档来自技高网...

【技术保护点】
无人直升机高度通道辨识数据变权值融合方法，其特征在于，含有：频域变换、数据变权值融合和数据验证三个阶段，其中，在频域变换阶段，分别对超声波高度计和加速度计检测得到的时域辨识数据进行频域变换，得到２组高度通道的频域响应数据；在数据融合阶段，利用变权值融合算法，将分别由超声波高度计和加速度计得到的２组频域响应数据融合为１组数据，以用于高度通道的频域辨识，变权值融合的计算公式为：Ｈ（ｆ）＝１－ｔａｎｈ（Ｋ（ｆ－ｆ↓［ｍａｘ］－ｆ↓［ｍｉｎ］／２））／２·Ｈ↓［ａｌｔ］（ｆ）＋１＋ｔａｎｈ（Ｋ（ｆ－ｆ↓［ｍａｘ］－ｆ↓［ｍｉｎ］／２））／２·Ｈ↓［ａｃｃ］（ｆ）其中：Ｈ↓［ａｌｔ］（ｆ）和Ｈ↓［ａｃｃ］（ｆ）分别为单独利用超声波高度计和加速度计数据得到的频域响应数据；Ｈ（ｆ）为经融合得到的高度通道频域响应数据；ｆ↓［ｍａｘ］和ｆ↓［ｍｉｎ］分别为频率响应计算中的最大频率和最小频率；ｆ为当前频率计算值，且有ｆ↓［ｍｉｎ］＜ｆ＜ｆ↓［ｍａｘ］；过渡系数Ｋ用于在变权值融合计算中调整从Ｈ↓［ａｌｔ］（ｆ）向Ｈ↓［ａｃｃ］（ｆ）过渡的快慢程度；在数据验证阶段，利用相关函数检验高度通道频域响应数据Ｈ（ｆ）的有效性，其中：相关函数越大，则Ｈ（ｆ）有效性越高，若Ｈ（ｆ）有效性满足要求，则变权值融合过程结束；反之，则需重新调整过渡系数Ｋ。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王冠林，朱纪洪，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11