本發(fā)明屬于無(wú)人機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種無(wú)人機(jī)高度控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

當(dāng)前對(duì)無(wú)人機(jī)技術(shù)的研究主要集中在如何提高無(wú)人機(jī)的飛行能力，使其能應(yīng)對(duì)不同的飛行環(huán)境，并且在復(fù)雜的環(huán)境中能夠進(jìn)行自適應(yīng)飛行，安全穩(wěn)定的完成目標(biāo)任務(wù)。近些年，隨著各種新技術(shù)的不斷應(yīng)用，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的復(fù)雜性及功能的自動(dòng)化程度日益增加。但是，由于飛行環(huán)境的高度動(dòng)態(tài)化、不確定性以及飛行任務(wù)的復(fù)雜性，無(wú)人機(jī)在規(guī)劃與決策方面面臨著新的技術(shù)挑戰(zhàn)，現(xiàn)有的基于程序化的自動(dòng)控制策略已經(jīng)不能滿足未來(lái)先進(jìn)多功能無(wú)人機(jī)對(duì)復(fù)雜飛行環(huán)境下的多任務(wù)的需求，自主飛行控制能力的提高將是未來(lái)無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)發(fā)展的主要目標(biāo)。無(wú)人機(jī)的縱向控制方法是無(wú)人機(jī)自主飛行研究領(lǐng)域的一個(gè)重要課題。無(wú)人機(jī)的飛行環(huán)境具有復(fù)雜性和不確定性，在自主飛行過(guò)程中會(huì)遇到來(lái)自上側(cè)和下側(cè)的障礙或地形的起伏變化，因此無(wú)人機(jī)在垂直方向上必須有一定的自主控制能力，以確保飛行過(guò)程的安全和穩(wěn)定。

無(wú)人機(jī)在水平方向的控制方法研究起步較早，技術(shù)也相對(duì)成熟。在縱向控制方面，現(xiàn)階段無(wú)論在學(xué)校還是商業(yè)應(yīng)用都缺乏相應(yīng)研究。現(xiàn)今無(wú)人機(jī)在縱向的控制研究主要集中在利用氣壓計(jì)實(shí)現(xiàn)的高度保持功能，以及融合了超聲波傳感器數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單地形跟隨。這種簡(jiǎn)單的縱向控制策略，既不能滿足快速地形跟隨中對(duì)障礙物的預(yù)判，也無(wú)法對(duì)來(lái)自上側(cè)的障礙物進(jìn)行有效規(guī)避。

現(xiàn)有無(wú)人機(jī)高度控制的方法主要有超聲波法、激光/紅外法以及視覺(jué)法等，這些方法都存在缺陷和不足。

超聲波法是利用超聲波測(cè)距傳感器來(lái)探測(cè)物體的位置，超聲波測(cè)距使用時(shí)間差測(cè)距法。超聲波測(cè)距的成本低，實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟，是無(wú)人機(jī)測(cè)距的常用方法。但是超聲波傳感器的采樣頻率低，受吸音材質(zhì)影響較大。另一方面，單超聲波傳感器避障存在由于超聲波的方向性不好造成對(duì)障礙物的定位不精確，存在探測(cè)盲區(qū)等缺點(diǎn)，而多個(gè)超聲波傳感器同時(shí)使用會(huì)產(chǎn)生串?dāng)_。

激光/紅外法是利用電磁波來(lái)探測(cè)物體的位置。激光傳感器使用時(shí)間法或相位法來(lái)測(cè)量距離。激光傳感器的光束高度集中，方向性好，因此可得到障礙物的準(zhǔn)確位置，彌補(bǔ)了超聲波測(cè)距在方向性上的不足。激光測(cè)距的精確度很高，但是激光傳感器成本高，設(shè)備體積大，功耗高，而且一些激光傳感器發(fā)射的激光，對(duì)人的眼睛有傷害。現(xiàn)有的紅外傳感器的測(cè)距原理與激光傳感器類(lèi)似，采用與激光傳感器不同頻率的紅外光進(jìn)行測(cè)距，不同的是現(xiàn)有的紅外傳感器采用測(cè)量反射光強(qiáng)度的變化來(lái)測(cè)量距離。由于被測(cè)物體表面材質(zhì)的反射率不同，所以紅外測(cè)距的精度較差，距離也有限。

視覺(jué)法是利用單目或者雙目攝像頭來(lái)探測(cè)物體的位置。無(wú)人機(jī)通過(guò)攝像頭采集周?chē)h(huán)境的圖像信息，并通過(guò)圖像算法得到自身與被測(cè)物體之間的距離，然后實(shí)施控制策略。視覺(jué)測(cè)距法具有探測(cè)范圍廣，同時(shí)可以獲得物體的形狀、速度等信息的優(yōu)勢(shì)。但是圖像數(shù)據(jù)在后期處理中，由于邊緣銳化、特征提取等圖像處理方法計(jì)算量大，實(shí)時(shí)性差，對(duì)中央處理器要求高。而且視覺(jué)測(cè)距法不能檢測(cè)到玻璃等透明障礙物的存在，另外受視場(chǎng)光線強(qiáng)弱、煙霧的影響很大，成本也較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種無(wú)人機(jī)高度控制方法及系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中的無(wú)人機(jī)的縱向控制不精確的問(wèn)題。

本發(fā)明實(shí)施例第一方面提供了一種無(wú)人機(jī)高度控制方法，所述方法包括：

將目標(biāo)高度與測(cè)量高度做差，得到高度誤差，通過(guò)氣壓計(jì)測(cè)得的高度數(shù)據(jù)對(duì)所述高度誤差進(jìn)行數(shù)據(jù)修正，將經(jīng)數(shù)據(jù)修正后的高度誤差輸入比例控制器，并結(jié)合預(yù)估速度，得到目標(biāo)速度；

將所述目標(biāo)速度與測(cè)量速度做差，得到速度誤差，并將所述速度誤差輸入所述比例控制器，并結(jié)合預(yù)估加速度，得到目標(biāo)加速度；

將所述目標(biāo)加速度輸入比例積分微分控制器，并結(jié)合預(yù)置的控制器初始值，得到油門(mén)輸出量，以控制無(wú)人機(jī)的高度；

其中，所述測(cè)量高度為下向傳感器當(dāng)前時(shí)刻測(cè)得的距離數(shù)據(jù)，所述下向傳感器包括多個(gè)與無(wú)人機(jī)平面呈預(yù)置角度且方向向下的傳感器，所述下向傳感器測(cè)得的距離數(shù)據(jù)，具體為各所述與無(wú)人機(jī)平面呈預(yù)置角度且方向向下的傳感器測(cè)得的距離數(shù)據(jù)與各所述與無(wú)人機(jī)平面呈預(yù)置角度且方向向下的傳感器的權(quán)重的乘積之和。

本發(fā)明實(shí)施例第二方面提供了一種無(wú)人機(jī)高度控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

目標(biāo)速度獲取模塊，用于將目標(biāo)高度與測(cè)量高度做差，得到高度誤差，通過(guò)氣壓計(jì)測(cè)得的高度數(shù)據(jù)對(duì)所述高度誤差進(jìn)行數(shù)據(jù)修正，將經(jīng)數(shù)據(jù)修正后的高度誤差輸入比例控制器，并結(jié)合預(yù)估速度，得到目標(biāo)速度；

目標(biāo)加速度獲取模塊，用于將所述目標(biāo)速度與測(cè)量速度做差，得到速度誤差，并將所述速度誤差輸入所述比例控制器，并結(jié)合預(yù)估加速度，得到目標(biāo)加速度；

油門(mén)輸出量獲取模塊，用于將所述目標(biāo)加速度輸入比例積分微分控制器，并結(jié)合預(yù)置的控制器初始值，得到油門(mén)輸出量，以控制無(wú)人機(jī)的高度；

其中，所述測(cè)量高度為下向傳感器當(dāng)前時(shí)刻測(cè)得的距離數(shù)據(jù)，所述下向傳感器包括多個(gè)與無(wú)人機(jī)平面呈預(yù)置角度且方向向下的傳感器，所述下向傳感器測(cè)得的距離數(shù)據(jù)，具體為各所述與無(wú)人機(jī)平面呈預(yù)置角度且方向向下的傳感器測(cè)得的距離數(shù)據(jù)與各所述與無(wú)人機(jī)平面呈預(yù)置角度且方向向下的傳感器的權(quán)重的乘積之和。

從上述本發(fā)明實(shí)施例可知，本發(fā)明通過(guò)將目標(biāo)高度與測(cè)量高度做差，得到高度誤差，通過(guò)氣壓計(jì)測(cè)得的高度數(shù)據(jù)對(duì)高度誤差進(jìn)行數(shù)據(jù)修正，將經(jīng)數(shù)據(jù)修正后的高度誤差輸入比例控制器，并結(jié)合預(yù)估速度，得到目標(biāo)速度，將目標(biāo)速度與測(cè)量速度做差，得到速度誤差，并將速度誤差輸入比例控制器，并結(jié)合預(yù)估加速度，得到目標(biāo)加速度，將目標(biāo)加速度輸入比例積分微分控制器，并結(jié)合預(yù)置的控制器初始值，得到油門(mén)輸出量，以控制無(wú)人機(jī)的高度，其中，測(cè)量高度為下向傳感器當(dāng)前時(shí)刻測(cè)得的距離數(shù)據(jù)，下向傳感器包括多個(gè)與無(wú)人機(jī)平面呈預(yù)置角度且方向向下的傳感器，下向傳感器測(cè)得的距離數(shù)據(jù)，具體為各與無(wú)人機(jī)平面呈預(yù)置角度且方向向下的傳感器測(cè)得的距離數(shù)據(jù)與各與無(wú)人機(jī)平面呈預(yù)置角度且方向向下的傳感器的權(quán)重的乘積之和。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明中的無(wú)人機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地形的快速跟隨，高度保持，并對(duì)來(lái)自無(wú)人機(jī)上方的障礙物進(jìn)行有效地規(guī)避，本發(fā)明的成本低、功耗小、適用場(chǎng)景多、飛行效果好，產(chǎn)品粘性得到提高。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

附圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的無(wú)人機(jī)高度控制方法的實(shí)現(xiàn)流程示意圖；

附圖2是本發(fā)明第二實(shí)施例提供的無(wú)人機(jī)高度控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖3是本發(fā)明中tof距離傳感器測(cè)量原理框圖；

附圖4是本發(fā)明中pid控制器的數(shù)學(xué)模型。

具體實(shí)施方式

為使得本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)明目的、特征、優(yōu)點(diǎn)能夠更加的明顯和易懂，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而非全部實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參閱附圖1，附圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的無(wú)人機(jī)高度控制方法的實(shí)現(xiàn)流程示意圖。

本實(shí)施例中的上向傳感器和下向傳感器均可使用窄波束單點(diǎn)測(cè)量傳感器，即飛行時(shí)間(timeofflight，tof)距離傳感器，其具有測(cè)量距離遠(yuǎn)(10m)、精度高(10cm)、體積小、成本低，互相之間無(wú)串?dāng)_，可以多個(gè)同時(shí)使用的優(yōu)點(diǎn)。

如附圖1所示，該方法主要包括以下步驟：

s101、將目標(biāo)高度與測(cè)量高度做差，得到高度誤差，通過(guò)氣壓計(jì)測(cè)得的高度數(shù)據(jù)對(duì)高度誤差進(jìn)行數(shù)據(jù)修正，將經(jīng)數(shù)據(jù)修正后的高度誤差輸入比例控制器，并結(jié)合預(yù)估速度，得到目標(biāo)速度；

修正后的高度誤差的計(jì)算公式為：

erroralt＝(tof_alttarget-tof_alt)-(baro_alttarget-baro_alt)①；

其中，①式中的erroralt為修正后的高度誤差，tof_alttarget為目標(biāo)高度，tof_alt為測(cè)量高度，baro_alttarget為前一時(shí)刻氣壓計(jì)測(cè)得的高度數(shù)據(jù)，baro_alt為當(dāng)前時(shí)刻氣壓計(jì)測(cè)得的高度數(shù)據(jù)。baro_alttarget-baro_alt為前后兩個(gè)時(shí)刻的氣壓計(jì)測(cè)得的高度值的差值，因此本步驟中融合了氣壓計(jì)的值。

下向傳感器可包括多個(gè)與無(wú)人機(jī)平面呈預(yù)置角度且方向向下的傳感器，在本實(shí)施例中，下向傳感器包括兩個(gè)與無(wú)人機(jī)平面垂直且方向向下的傳感器，其測(cè)量的數(shù)據(jù)分別為tof1和tof2，其權(quán)重分別為k1和k2；下向傳感器還包括兩個(gè)向前下方與無(wú)人機(jī)平面呈30°夾角的傳感器，其測(cè)量的數(shù)據(jù)分別為tof3和tof4，其權(quán)重分別為k3和k4。下向傳感器測(cè)得的距離數(shù)據(jù)，具體為：各與無(wú)人機(jī)平面呈預(yù)置角度且方向向下的傳感器測(cè)得的距離數(shù)據(jù)與各與無(wú)人機(jī)平面呈預(yù)置角度且方向向下的傳感器的權(quán)重的乘積之和。

測(cè)量高度tof_alt的計(jì)算公式為：

tof_alt＝k1tof1+k2tof2+k3tof3+k4tof4②；

其中，②式中的tof_alt為測(cè)量高度，k1和k2均為0.3，k3和k4均為0.2。

需要說(shuō)明的是，下向傳感器的個(gè)數(shù)、預(yù)置角度均可根據(jù)需要自行設(shè)定，各下向傳感器的權(quán)重也可自行設(shè)置。

目標(biāo)速度計(jì)算公式為：

veltarget＝velestimate+kp0·erroralt③；

其中，③式中的veltarget為目標(biāo)速度，velestimate為預(yù)估速度，是當(dāng)前時(shí)刻無(wú)人機(jī)在垂直方向上的速度的估算值，估算值的計(jì)算不依賴(lài)傳感器，只與當(dāng)前油門(mén)值和死區(qū)上下邊界油門(mén)值以及最低最高油門(mén)值、垂直方向允許的最大速度有關(guān)，其中最大速度是用戶設(shè)定的參數(shù)，kp0為比例系數(shù)，erroralt為修正后的高度誤差。

①式中的目標(biāo)高度tof_alttarget和測(cè)量高度tof_alt的獲取方法包括：

在保證地形跟隨效果的基礎(chǔ)上，為了保證地形跟隨中無(wú)人機(jī)對(duì)上側(cè)障礙物有一定預(yù)判和規(guī)避能力，本實(shí)施例可在無(wú)人機(jī)上方相應(yīng)安裝上向tof距離傳感器，①式中的目標(biāo)高度tof_alttarget的計(jì)算方法有以下兩種：

當(dāng)上向傳感器當(dāng)前時(shí)刻測(cè)得的距離數(shù)據(jù)小于預(yù)置安全距離時(shí)，將下向傳感器當(dāng)前時(shí)刻測(cè)得的距離數(shù)據(jù)與目標(biāo)距離的差作為目標(biāo)高度，目標(biāo)距離為預(yù)置安全距離與上向傳感器當(dāng)前時(shí)刻測(cè)得的距離數(shù)據(jù)的差，上向傳感器為與無(wú)人機(jī)平面垂直且方向向上的傳感器，此時(shí)目標(biāo)高度tof_alttarget的計(jì)算公式為：

tof_alttarget＝tofbottom-(distancesafe-toftop)④；

其中，④式中的tof_alttarget為目標(biāo)高度，tofbottom為下向傳感器當(dāng)前時(shí)刻測(cè)得的距離數(shù)據(jù)，distancesafe為預(yù)置安全距離，toftop為上向傳感器當(dāng)前時(shí)刻測(cè)得的距離數(shù)據(jù)。

當(dāng)上向傳感器當(dāng)前時(shí)刻測(cè)得的距離數(shù)據(jù)大于或等于預(yù)置安全距離時(shí)，將無(wú)人機(jī)油門(mén)桿處于死區(qū)時(shí)，下向傳感器測(cè)得的距離數(shù)據(jù)作為目標(biāo)高度tof_alttarget。

將下向傳感器當(dāng)前時(shí)刻測(cè)得的距離數(shù)據(jù)作為測(cè)量高度tof_alt。

進(jìn)一步地，由于環(huán)境因素的影響，無(wú)人機(jī)平面可能不處于標(biāo)準(zhǔn)的水平面，因此下向傳感器當(dāng)前時(shí)刻測(cè)得的距離數(shù)據(jù)可能不準(zhǔn)確，可以對(duì)該距離數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，修正公式如下：

tof_altcorrect＝tof_alt·cosαpitchcosβroll⑤；

其中，⑤式中的tof_altcorrect為測(cè)量高度的修正值，tof_alt為測(cè)量高度，αpitch為當(dāng)前時(shí)刻無(wú)人機(jī)的俯仰角，βroll為當(dāng)前時(shí)刻無(wú)人機(jī)的橫滾角，當(dāng)前時(shí)刻的俯仰角和橫滾角均可由陀螺儀測(cè)得?？墒褂胻of_altcorrect替換①式中的tof_alt進(jìn)行計(jì)算，以提高獲取的高度誤差的精確度。由于αpitch和βroll均為陀螺儀積分計(jì)算得到的姿態(tài)角角度值，因此本方法融合了陀螺儀的值。

s102、將目標(biāo)速度與測(cè)量速度做差，得到速度誤差，并將速度誤差輸入比例控制器，并結(jié)合預(yù)估加速度，得到目標(biāo)加速度；

其中，預(yù)估速度為當(dāng)前時(shí)刻的測(cè)量加速度在垂直方向的分量的積分，無(wú)人機(jī)當(dāng)前時(shí)刻的測(cè)量加速度可由加速度計(jì)直接測(cè)得。

速度誤差計(jì)算公式為：

errorvel＝veltarget-accel_vel⑥；

其中，⑥式中的errorvel為速度誤差，veltarget為目標(biāo)速度，accel_vel為測(cè)量速度。由于accel_vel是加速度計(jì)測(cè)得的加速度值通過(guò)積分計(jì)算得到的速度值，因此本步驟融合了加速度計(jì)的值。

目標(biāo)加速度獲取公式為：

acceltarget＝accelestimate+kp1·errorvel⑦；

其中，⑦式中的acceltarget為目標(biāo)加速度，accelestimate為預(yù)估加速度，是前饋控制器輸出的加速度值，此加速度值是前后兩幀目標(biāo)速度的差分值，kp1為比例系數(shù)，errorvel為速度誤差。

s103、將目標(biāo)加速度輸入比例積分微分控制器，并結(jié)合預(yù)置的控制器初始值，得到油門(mén)輸出量，以控制無(wú)人機(jī)的高度。

油門(mén)輸出量的獲取公式為：

其中，⑧式中的throut為油門(mén)輸出量，acceltarget為目標(biāo)加速度，kp2、ki2、kd2均為比例系數(shù)，c為預(yù)置的控制器初始值。

tof技術(shù)是一種利用特定頻率的近紅外光，通過(guò)調(diào)制光線并計(jì)算調(diào)制光往返傳感器與被測(cè)物體間的時(shí)間差或相位差來(lái)計(jì)算傳感器到被測(cè)物體間距離的測(cè)距技術(shù)。

tof距離傳感器是利用tof技術(shù)生產(chǎn)的距離測(cè)量傳感器。tof距離傳感器發(fā)出經(jīng)調(diào)制的近紅外光，遇物體后反射，傳感器通過(guò)計(jì)算光線發(fā)射和反射時(shí)間差或相位差，再根據(jù)調(diào)制光的波長(zhǎng)計(jì)算出被測(cè)物體的距離，以產(chǎn)生深度信息。根據(jù)tof測(cè)距的原理，待測(cè)距離d的計(jì)算公式為：

若調(diào)制光的角頻率為ω，在待測(cè)距離d上往返一次產(chǎn)生的相位延遲為φ，則對(duì)應(yīng)時(shí)間t可表示為:

t＝φ/ω；

將此關(guān)系代入待測(cè)距離d的計(jì)算公式中，待測(cè)距離d可表示為：

式中：

φ——調(diào)制光往返一次產(chǎn)生的相位延遲；

ω——調(diào)制光的角頻率，ω＝2πf；

n——測(cè)量光線所包含半波長(zhǎng)的個(gè)數(shù)；

δφ——調(diào)制光往返一次產(chǎn)生的相位延遲不足π的部分；

δn——測(cè)量光線所包含的半波長(zhǎng)數(shù)的小數(shù)部分。

在給定調(diào)制和標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下，c/4πf是一個(gè)常數(shù)，此時(shí)距離的測(cè)量變成了對(duì)測(cè)量光線所包含半波長(zhǎng)個(gè)數(shù)的測(cè)量，即測(cè)量n或φ。隨著機(jī)械加工技術(shù)和無(wú)線電測(cè)相技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在對(duì)φ的測(cè)量已經(jīng)能達(dá)到很高的精度。圖3為tof距離傳感器測(cè)量原理框圖。

本實(shí)施例中使用級(jí)聯(lián)式比例積分微分(pid)控制器，包括比例控制器(p控制器)、積分控制器(i控制器)和微分控制器(d控制器)。pid是比例、積分、微分的縮寫(xiě)，將偏差的比例、偏差的積分和偏差的微分通過(guò)線性組合構(gòu)成控制量，用這一控制量對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，其數(shù)學(xué)模型如圖4所示。

pid控制器的控制規(guī)律為：

式中：

k——采樣時(shí)刻，k＝0、1、2…；

u0——pid控制器的初始值；

uk——第k次采樣時(shí)刻的輸出值；

ek——第k次采樣時(shí)刻輸入的偏差值；

ek-1——第k-1次采樣時(shí)刻輸入的偏差值；

kp——比例系數(shù),改變kp可提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，減小靜態(tài)誤差，但太大會(huì)增大超調(diào)量和穩(wěn)定時(shí)間；

ki——積分系數(shù),與kp的作用基本相似，但要使靜態(tài)誤差為0，必須使用積分；

kd——微分系數(shù),與kp、ki的作用相反，主要是為了減小超調(diào)量和穩(wěn)定時(shí)間。

本發(fā)明實(shí)施例提供的無(wú)人機(jī)高度控制方法，通過(guò)將目標(biāo)高度與測(cè)量高度做差，得到高度誤差，通過(guò)氣壓計(jì)測(cè)得的高度數(shù)據(jù)對(duì)高度誤差進(jìn)行數(shù)據(jù)修正，將經(jīng)數(shù)據(jù)修正后的高度誤差輸入比例控制器，并結(jié)合預(yù)估速度，得到目標(biāo)速度，將目標(biāo)速度與測(cè)量速度做差，得到速度誤差，并將速度誤差輸入比例控制器，并結(jié)合預(yù)估加速度，得到目標(biāo)加速度，將目標(biāo)加速度輸入比例積分微分控制器，并結(jié)合預(yù)置的控制器初始值，得到油門(mén)輸出量，以控制無(wú)人機(jī)的高度，其中，測(cè)量高度為下向傳感器當(dāng)前時(shí)刻測(cè)得的距離數(shù)據(jù)，下向傳感器包括多個(gè)與無(wú)人機(jī)平面呈預(yù)置角度且方向向下的傳感器，下向傳感器測(cè)得的距離數(shù)據(jù)，具體為各與無(wú)人機(jī)平面呈預(yù)置角度且方向向下的傳感器測(cè)得的距離數(shù)據(jù)與各與無(wú)人機(jī)平面呈預(yù)置角度且方向向下的傳感器的權(quán)重的乘積之和。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明中的無(wú)人機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地形的快速跟隨，高度保持，并對(duì)來(lái)自無(wú)人機(jī)上方的障礙物進(jìn)行有效地規(guī)避，本發(fā)明的成本低、功耗小、適用場(chǎng)景多、飛行效果好，產(chǎn)品粘性得到提高。

請(qǐng)參閱附圖2，附圖2是本發(fā)明第二實(shí)施例提供的無(wú)人機(jī)高度控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，為了便于說(shuō)明，僅示出了與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的部分。附圖2示例的無(wú)人機(jī)高度控制系統(tǒng)，主要包括：目標(biāo)高度獲取模塊201、測(cè)量高度獲取模塊202、目標(biāo)速度獲取模塊203、目標(biāo)加速度獲取模塊204以及油門(mén)輸出量獲取模塊205。

目標(biāo)高度獲取模塊201，用于當(dāng)上向傳感器當(dāng)前時(shí)刻測(cè)得的距離數(shù)據(jù)大于或等于預(yù)置安全距離時(shí)，將無(wú)人機(jī)油門(mén)桿處于死區(qū)時(shí)，下向傳感器測(cè)得的距離數(shù)據(jù)作為目標(biāo)高度，上向傳感器為與無(wú)人機(jī)平面垂直且方向向上的傳感器，當(dāng)上向傳感器當(dāng)前時(shí)刻測(cè)得的距離數(shù)據(jù)小于預(yù)置安全距離時(shí)，將下向傳感器當(dāng)前時(shí)刻測(cè)得的距離數(shù)據(jù)與目標(biāo)距離的差作為目標(biāo)高度，目標(biāo)距離為預(yù)置安全距離與上向傳感器當(dāng)前時(shí)刻測(cè)得的距離數(shù)據(jù)的差。

測(cè)量高度獲取模塊202，用于將下向傳感器當(dāng)前時(shí)刻測(cè)得的距離數(shù)據(jù)作為測(cè)量高度。

其中，測(cè)量高度為下向傳感器當(dāng)前時(shí)刻測(cè)得的距離數(shù)據(jù)，下向傳感器包括多個(gè)與無(wú)人機(jī)平面呈預(yù)置角度且方向向下的傳感器，下向傳感器測(cè)得的距離數(shù)據(jù)，具體為各與無(wú)人機(jī)平面呈預(yù)置角度且方向向下的傳感器測(cè)得的距離數(shù)據(jù)與各與無(wú)人機(jī)平面呈預(yù)置角度且方向向下的傳感器的權(quán)重的乘積之和。

目標(biāo)速度獲取模塊203，用于將目標(biāo)高度與測(cè)量高度做差，得到高度誤差，通過(guò)氣壓計(jì)測(cè)得的高度數(shù)據(jù)對(duì)高度誤差進(jìn)行數(shù)據(jù)修正，將經(jīng)數(shù)據(jù)修正后的高度誤差輸入比例控制器，并結(jié)合預(yù)估速度，得到目標(biāo)速度。

目標(biāo)加速度獲取模塊204，用于將目標(biāo)速度與測(cè)量速度做差，得到速度誤差，并將速度誤差輸入所述比例控制器，并結(jié)合預(yù)估加速度，得到目標(biāo)加速度。

油門(mén)輸出量獲取模塊205，用于將目標(biāo)加速度輸入比例積分微分控制器，并結(jié)合預(yù)置的控制器初始值，得到油門(mén)輸出量，以控制無(wú)人機(jī)的高度。

進(jìn)一步地，測(cè)量高度獲取模塊202，具體用于獲取當(dāng)前時(shí)刻下向傳感器測(cè)得的距離數(shù)據(jù)，以及，通過(guò)陀螺儀測(cè)得的角度數(shù)據(jù)對(duì)當(dāng)前時(shí)刻下向傳感器測(cè)得的距離數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)修正，將數(shù)據(jù)修正后的距離數(shù)據(jù)作為測(cè)量高度。

進(jìn)一步地，上向傳感器與下向傳感器均為窄波束單點(diǎn)測(cè)量傳感器。

上述各功能模塊實(shí)現(xiàn)各自功能的具體過(guò)程，可參考前述第一實(shí)施例提供的無(wú)人機(jī)高度控制方法的相關(guān)內(nèi)容，此處不再贅述。

本發(fā)明實(shí)施例提供的無(wú)人機(jī)高度控制系統(tǒng)，通過(guò)將目標(biāo)高度與測(cè)量高度做差，得到高度誤差，通過(guò)氣壓計(jì)測(cè)得的高度數(shù)據(jù)對(duì)高度誤差進(jìn)行數(shù)據(jù)修正，將經(jīng)數(shù)據(jù)修正后的高度誤差輸入比例控制器，并結(jié)合預(yù)估速度，得到目標(biāo)速度，將目標(biāo)速度與測(cè)量速度做差，得到速度誤差，并將速度誤差輸入比例控制器，并結(jié)合預(yù)估加速度，得到目標(biāo)加速度，將目標(biāo)加速度輸入比例積分微分控制器，并結(jié)合預(yù)置的控制器初始值，得到油門(mén)輸出量，以控制無(wú)人機(jī)的高度，其中，測(cè)量高度為下向傳感器當(dāng)前時(shí)刻測(cè)得的距離數(shù)據(jù)，下向傳感器包括多個(gè)與無(wú)人機(jī)平面呈預(yù)置角度且方向向下的傳感器，下向傳感器測(cè)得的距離數(shù)據(jù)，具體為各與無(wú)人機(jī)平面呈預(yù)置角度且方向向下的傳感器測(cè)得的距離數(shù)據(jù)與各與無(wú)人機(jī)平面呈預(yù)置角度且方向向下的傳感器的權(quán)重的乘積之和。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明中的無(wú)人機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地形的快速跟隨，高度保持，并對(duì)來(lái)自無(wú)人機(jī)上方的障礙物進(jìn)行有效地規(guī)避，本發(fā)明的成本低、功耗小、適用場(chǎng)景多、飛行效果好，產(chǎn)品粘性得到提高。

需要說(shuō)明的是，對(duì)于前述的各方法實(shí)施例，為了簡(jiǎn)便描述，故將其都表述為一系列的動(dòng)作組合，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該知悉，本發(fā)明并不受所描述的動(dòng)作順序的限制，因?yàn)橐罁?jù)本發(fā)明，某些步驟可以采用其它順序或者同時(shí)進(jìn)行。其次，本領(lǐng)域技術(shù)人員也應(yīng)該知悉，說(shuō)明書(shū)中所描述的實(shí)施例均屬于優(yōu)選實(shí)施例，所涉及的動(dòng)作和模塊并不一定都是本發(fā)明所必須的。

在上述實(shí)施例中，對(duì)各個(gè)實(shí)施例的描述都各有側(cè)重，某個(gè)實(shí)施例中沒(méi)有詳述的部分，可以參見(jiàn)其它實(shí)施例的相關(guān)描述。

以上為對(duì)本發(fā)明所提供的無(wú)人機(jī)高度控制方法及系統(tǒng)的描述，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上，本說(shuō)明書(shū)內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。