基于CPF-EKF算法的大载荷植保无人机姿态解算方法

• 作者: 吴和龙 彭程 白越 裴信彪 马萍 高慧斌
• 来源期刊: 农业机械学报
• 学科: 农学
• 关键词: 八轴十六旋翼无人机 农药喷洒系统 扩展卡尔曼滤波 互补滤波
• 年，卷（期）: 2018,（6）
• 所属期刊栏目: 农业装备与机械化工程
• 页码范围: 24-31,77
• 页数: 9页
• 分类号: S279+.2|S252+.3
• 字数: 5916字
• 语种: 中文
• DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2018.06.003

摘要

为了解决传统人工喷洒农药的不足,更高效地进行病虫害的防治,设计了基于八轴十六旋翼无人机的农药喷洒系统,实现了农药的机载喷洒功能.使用共轴双桨和旋翼模块的倾斜配置,对八轴多旋翼无人机进行结构改进,提高了系统的安全性与可靠性.整个系统满载10 kg,喷洒飞行速度可到达5 m/s,飞行时间超过10 min.针对传统扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman filter,EKF)姿态解算方法无法满足大载荷无人机强振动条件下的工作要求,导致姿态角解算精度不高,并且容易导致姿态角发散的问题,提出了基于20维状态量的CPF-EKF算法,额外引入了陀螺仪、加速度计和磁力计偏置误差作为状态量,使三轴姿态角的最优估计值更加准确,并且引入互补滤波(Complement filter,CPF)检测模块,当检测到EKF有发散趋势时,对EKF进行复位,从而简单高效地避免了EKF发散.采用实际飞行数据对算法进行验证,静态试验表明,该算法滚转角和俯仰角精度为±0.05°,偏航角精度为±0.2°.动态试验中以MTi传感器输出为参考,CPF-EKF在姿态解算过程中出现复位,三轴姿态角准确跟踪并未发散,并且动态精度与MTi相当,滚转角、俯仰角精度为±0.1°,偏航角精度为±0.5°,并且算法具有良好的实时性,证明了该算法的有效性.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	彭程	中国科学院长春光学精密机械与物理研究所	42	174	8.0	11.0
2	白越	中国科学院长春光学精密机械与物理研究所	50	332	11.0	15.0
3	马萍	中国科学院长春光学精密机械与物理研究所	4	8	2.0	2.0
7	裴信彪	中国科学院长春光学精密机械与物理研究所	4	14	3.0	3.0
11	吴和龙	中国科学院长春光学精密机械与物理研究所	2	7	2.0	2.0