基于液压测高度的飞行器、飞行高度检测方法、降落方法

摘要

本发明涉及距离测量技术领域，提供一种基于液压测高度的飞行器、飞行高度检测方法和降落方法，飞行器包括：飞行器主体、信号处理器、信号传输线、软管、液体和液压传感器；所述信号处理器固定在飞行器主体上；所述信号处理器与液压传感器通过信号传输线连接，用于根据液压传感器检测的压强计算飞行器主体与地面的距离；所述软管包括第一端和第二端，其第一端与飞行器主体固定连接，液压传感器设置在软管的第二端，软管内部盛有液体，该液压传感器检测所述液体的压强；所述软管的长度大于飞行器的飞行高度。本方案能够精确计算出飞行器的高度。

权利要求

1.一种基于液压测高度的飞行器，其特征在于，包括：飞行器主体、信号处理器、信号传输线、软管、液体和液压传感器；

所述信号处理器固定在飞行器主体上；

所述信号处理器与液压传感器通过信号传输线连接，用于根据液压传感器检测的压强计算飞行器主体与地面的距离；所述信号处理器获取起飞前液压传感器检测的液体的压强，该压强为起飞前压强；飞行时液压传感器持续检测液体的压强，该压强为飞行时压强；

根据起飞前压强和当前压强得到飞行器的飞行高度；所述根据起飞前压强和当前压强得到飞行器的飞行高度的方法采用公式1：   公式1；

其中，H表示飞行高度，单位为m；h1表示起飞前液面高度，单位为m；h2表示飞行时液面高3

度，单位为m；g为重力加速度，取9.8，单位为N/kg；为液体密度，单位为kg/m；P1表示起飞前压强，单位为Pa；P2表示飞行时压强，单位为Pa；

所述软管包括第一端和第二端，其第一端与飞行器主体固定连接，液压传感器设置在软管的第二端，软管内部盛有液体，该液压传感器检测所述液体的压强；所述软管的长度大于飞行器的飞行高度。

2.根据权利要求1所述的基于液压测高度的飞行器，其特征在于，所述液体包括水或汞。

3.一种飞行器的飞行高度检测方法，其特征在于，采用权利要求1或2中任一项所述的基于液压测高度的飞行器；包括以下步骤：获取起飞前液压传感器检测的液体的压强，该压强为起飞前压强；

飞行时液压传感器持续检测液体的压强，该压强为飞行时压强；

根据起飞前压强和当前压强得到飞行器的飞行高度。

4.根据权利要求3所述的飞行器的飞行高度检测方法，其特征在于，所述飞行时液压传感器持续检测液体的压强的方法包括：每隔一帧检测一次飞行时压强。

5.根据权利要求4所述的飞行器的飞行高度检测方法，其特征在于，所述根据起飞前压强和当前压强得到飞行器的飞行高度的方法采用公式1：   公式1；

其中，H表示飞行高度，单位为m；h1表示起飞前液面高度，单位为m；h2表示飞行时液面高3

度，单位为m；g为重力加速度，取9.8，单位为N/kg；为液体密度，单位为kg/m；P1表示起飞前压强，单位为Pa；P2表示飞行时压强，单位为Pa。

6.根据权利要求4所述的飞行器的飞行高度检测方法，其特征在于，根据起飞前压强和当前压强得到飞行器的飞行高度之后还包括：根据当前得到的飞行高度和前多次得到的飞行高度获得精确高度。

7.根据权利要求6所述的飞行器的飞行高度检测方法，其特征在于，所述根据当前得到的飞行高度和前多次得到的飞行高度获得精确高度的方法还包括：通过平滑降噪的方法根据当前得到的飞行高度和前多次得到的飞行高度获得精确高度。

8.根据权利要求7所述的飞行器的飞行高度检测方法，其特征在于，所述通过平滑降噪的方法根据当前得到的飞行高度和前多次得到的飞行高度获得精确高度的方法采用公式2或公式3：H_out(t)= alpha0×H(t)+ alpha1×H(t‑1)+ alpha2×H(t‑2) 公式2；

H_out(t)=alpha0×H(t)+ alpha1×H(t‑1)+ alpha2×H(t‑2)+ alpha3×H(t‑3) 公式3；

其中，H_out(t)表示精确高度，H(t)表示当前飞行高度，H(t‑1)表示上一次飞行高度，H(t‑2)表示上上一次飞行高度，H(t‑3)表示上上上一次飞行高度，alpha0、alpha1、alpha2、alpha3均为常数。

9.一种飞行器的降落方法，其特征在于，包括以下步骤：采用权利要求3‑8中任一项所述的飞行器的飞行高度检测方法检测飞行器的飞行高度；

根据飞行器的高度调整飞行器的降落速度。

10.根据权利要求9所述的飞行器的降落方法，其特征在于，所述根据飞行器的高度调整飞行器的降落速度的方法包括：飞行高度大于指定高度时，飞行器按照指定速度下降，该指定速度大于3m/s；

否则，飞行器减小至0‑3m/s下降。

说明书

基于液压测高度的飞行器、飞行高度检测方法、降落方法

技术领域

[0001] 本发明涉及距离测量技术领域，尤其涉及一种基于液压测高度的飞行器、飞行高度检测方法、降落方法。

背景技术

[0002] 当使用无人机作为移动的测量平台时，需要知道其自身的空间三维位置。无人机离地面的高度信息可以通过不同的方法获得，例如可以使用北斗等卫星定位系统，或者在无人机上安装激光雷达、毫米波雷达，通过接收地面反射的电磁波信息判断距离，还可以在无人机上安装气压计，通过大气压强的大小来判断无人机高度。

[0003] 但是基于上述方法测量无人机的飞行高度都存在一定的条件限制，在某些情况下，会无法得到无人机的高度或者存在较大的测量误差。

[0004] 卫星定位系统可能因为卫星信号弱或者电磁干扰而解算不出正确的位置，无人机上的激光雷达和毫米波雷达要通过回波信息计算距离，会因为无人机的倾斜和地面上的高低起伏而产生误差，气压计通过测量大气压强来得到高度信息，则会因为空气温度和湿度的不同而导致测量误差。

[0005] 因此，亟需提供一种基于液压测高度的飞行器、飞行高度检测方法、降落方法，能够准确计算飞行器的飞行高度。

[0006] 在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本申请的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

[0007] 本发明主要目的是克服飞行器的飞行高度测量不精确的问题，提供一种基于液压测高度的飞行器、飞行高度检测方法、降落方法，能够准确计算飞行器的飞行高度。

[0008] 为实现上述的目的，本发明第一方面提供了一种基于液压测高度的飞行器，包括：飞行器主体、信号处理器、信号传输线、软管、液体和液压传感器；

[0009] 所述信号处理器固定在飞行器主体上；

[0010] 所述信号处理器与液压传感器通过信号传输线连接，用于根据液压传感器检测的压强计算飞行器主体与地面的距离；

[0011] 所述软管包括第一端和第二端，其第一端与飞行器主体固定连接，液压传感器设置在软管的第二端，软管内部盛有液体，该液压传感器检测所述液体的压强；所述软管的长度大于飞行器的飞行高度。

[0012] 根据本发明一示例实施方式，所述液体包括水或汞。

[0013] 作为本发明的第二个方面，本发明提供了一种飞行器的飞行高度检测方法，采用所述的基于液压测高度的飞行器；包括以下步骤：

[0014] 获取起飞前液压传感器检测的液体的压强，该压强为起飞前压强；

[0015] 飞行时液压传感器持续检测液体的压强，该压强为飞行时压强；

[0016] 根据起飞前压强和当前压强得到飞行器的飞行高度。

[0017] 根据本发明一示例实施方式，所述飞行时液压传感器持续检测液体的压强的方法包括：每隔一帧检测一次飞行时压强。

[0018] 根据本发明一示例实施方式，所述根据起飞前压强和当前压强得到飞行器的飞行高度的方法采用公式1：

[0019] 公式1；

[0020] 其中，H表示飞行高度，单位为m；h1表示起飞前液面高度，单位为m；h2表示飞行时液3
面高度，单位为m；g为重力加速度，取9.8，单位为N/kg； 为液体密度，单位为kg/m ；P1表示起飞前压强，单位为Pa；P2表示飞行时压强单位为Pa。

[0021] 根据本发明一示例实施方式，根据起飞前压强和当前压强得到飞行器的飞行高度之后还包括：根据当前得到的飞行高度和前多次得到的飞行高度获得精确高度。

[0022] 根据本发明一示例实施方式，所述根据当前得到的飞行高度和前多次得到的飞行高度获得精确高度的方法还包括：通过平滑降噪的方法根据当前得到的飞行高度和前多次得到的飞行高度获得精确高度。

[0023] 根据本发明一示例实施方式，所述通过平滑降噪的方法根据当前得到的飞行高度和前多次得到的飞行高度获得精确高度的方法采用公式2或公式3：

[0024] H_out(t)= alpha0×H(t)+ alpha1×H(t‑1)+ alpha2×H(t‑2) 公式2；

[0025] H_out(t)=alpha0×H(t)+ alpha1×H(t‑1)+ alpha2×H(t‑2)+ alpha3×H(t‑3) 公式3；

[0026] 其中，H_out(t)表示精确高度，H(t)表示当前飞行高度，H(t‑1)表示上一次飞行高度，H(t‑2)表示上上一次飞行高度，H(t‑3)表示上上上一次飞行高度，alpha0、 alpha1、 alpha2、alpha3均为常数。

[0027] 作为本发明的第三个方面，本发明提供了一种飞行器的降落方法，包括以下步骤：

[0028] 采用所述的飞行器的飞行高度检测方法检测飞行器的飞行高度；

[0029] 根据飞行器的高度调整飞行器的降落速度。

[0030] 根据本发明一示例实施方式，所述根据飞行器的高度调整飞行器的降落速度的方法包括：

[0031] 飞行高度大于指定高度时，飞行器按照指定速度下降，该指定速度大于3m/s；

[0032] 否则，飞行器减小至0‑3m/s下降。

[0033] 本发明的优势效果是，本发明的测量原理和气压计类似，但不是通过测量大气压强计算高度，而是通过测量液体压强计算高度。

[0034] 压强和密度成正比，而液体的密度远大于空气，在相同高度差的情况下，液体带来的压强差要源大于气体的压强差，因此理论上使用液压测量高度得精度比气压更高。而且液体相对气体，不容易受环境温度和湿度的影响，测量稳定性更好。

附图说明

[0035] 通过参照附图详细描述其示例实施例，本申请的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0036] 图1示意性示出了基于液压测高度的飞行器的结构图。

[0037] 图2示意性示出了飞行器的飞行高度检测方法的步骤图。

[0038] 图3示意性示出了飞行器的飞行高度检测方法的流程图。

[0039] 其中，1—飞行器主体，2—信号处理器，3—信号传输线，4—软管，5—液压传感器，6—液体。

具体实施方式

[0040] 现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本申请将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

[0041] 此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本申请的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本申请的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本申请的各方面。

[0042] 附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

[0043] 附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

[0044] 应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种组件，但这些组件不应受这些术语限制。这些术语乃用以区分一组件与另一组件。因此，下文论述的第一组件可称为第二组件而不偏离本申请概念的教示。如本文中所使用，术语“及/或”包括相关联的列出项目中的任一个及一或多者的所有组合。

[0045] 本领域技术人员可以理解，附图只是示例实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本申请所必须的，因此不能用于限制本申请的保护范围。

[0046] 根据本发明的第一个具体实施方式，本发明提供一种基于液压测高度的飞行器，如图1所示，图1为起飞前飞行器的结构图，飞行器包括：飞行器主体1、信号处理器2、信号传输线3、软管4、液体6和液压传感器5。

[0047] 信号处理器2固定在飞行器主体1上。飞行器主体1可以为无人机。

[0048] 信号处理器2与液压传感器5通过信号传输线3连接，用于根据液压传感器5检测的压强计算飞行器主体1与地面的距离。

[0049] 软管4包括第一端和第二端，其第一端与飞行器主体1固定连接，液压传感器5设置在软管4的第二端，软管4内部盛有液体6，该液压传感器5检测液体6的压强。液体6包括水或汞，优选水。软管4的长度大于飞行器的飞行高度。起飞前由于软管4为软质材料，其在地面上为水平设置或弯曲设置，起飞之后由于重力的作用，位于上部分的软管4会随着飞行器主体1离开地面，只要保证液压传感器5不离开地面即可，在飞行的过程中，软管4不管是弯的还是直的都不影响压强的检测。

[0050] 本方案主要应用于系留无人机上，系留无人机本来就有线束和地面连接，用于提供电力保证长时间的飞行和传输高帧率的视频，观测地面上的固定区域。

[0051] 根据本发明的第二个具体实施方式，本发明提供一种飞行器的飞行高度检测方法，采用第一个具体实施方式的基于液压测高度的飞行器。

[0052] 如图2和图3所示，飞行高度检测方法包括以下步骤：

[0053] S1：获取起飞前液压传感器5检测的液体的压强，该压强为起飞前压强。

[0054] 即，获取起飞前液压传感器5中的压强。

[0055] S2：飞行时液压传感器5持续检测液体的压强，该压强为飞行时压强。

[0056] 即，获取起飞后液压传感器5中的实时压强。

[0057] 飞行时，软管4的上部向上运动，部分液体向上运动。

[0058] 飞行时液压传感器持续检测液体的压强的方法包括：每隔一帧检测一次飞行时压强。

[0059] 一帧时长为40毫秒。本方案的一帧时长和拍摄帧率（无人机高度更新频率）有关，拍摄帧率和帧时长是用于相机和其拍摄的视频的，拍摄帧率和帧时长成反比，若拍摄帧率为25（每秒无人机高度更新25次），则每帧的时长为40ms（更新的时长间隔为40ms）。拍摄帧率为100（每秒无人机高度更新100次），则每帧时长为10ms（更新的时长间隔为10ms）。

[0060] S3：根据起飞前压强和当前压强得到飞行器的飞行高度。

[0061] 即，计算起飞前后的压强差，通过压强差计算飞行器（包括无人机）高度。

[0062] 在起飞前，液压传感器5测量的压强P1为软管中的大气压P0加上液体的压强：

[0063] ；

[0064] 起飞后，液压传感器5测量的压强P2为软管中的大气压P0加上当时的液体压强：

[0065] ；

[0066] 将上式联立相减，可得无人机的飞行高度H：

[0067] ；

[0068] 其中， 为液体密度，单位为kg/m3，g为重力加速度，取9.8，单位为N/kg，h1为起飞前液面高度，单位为m；h2为飞行时液面高度，单位为m；P1为起飞前测得的压强，单位为Pa；P2为起飞后测得的压强，单位为Pa。

[0069] 即，根据起飞前压强和当前压强得到飞行器的飞行高度的方法采用公式1：

[0070]    公式1；

[0071] 其中，H表示飞行高度，单位为m；h1表示起飞前液面高度，单位为m；h2表示飞行时液3
面高度，单位为m；g为重力加速度，取9.8，单位为N/kg； 为液体密度，单位为kg/m ；P1表示起飞前压强，单位为Pa；P2表示飞行时压强，单位为Pa。

[0072] S4：根据当前得到的飞行高度和前多次得到的飞行高度获得精确高度。

[0073] 即，对高度进行平滑降噪。

[0074] 为了降低飞行器运动过程中带来的浪涌、软管移动等因素对测量精度的影响，需要对计算出的飞行高度进行滤波得到精确高度。

[0075] 根据当前得到的飞行高度和前多次得到的飞行高度获得精确高度的方法还包括：通过平滑降噪的方法根据当前得到的飞行高度和前多次得到的飞行高度获得精确高度。

[0076] 具体地，通过平滑降噪的方法根据当前得到的飞行高度和前多次得到的飞行高度获得精确高度的方法采用公式2或公式3：

[0077] H_out(t)=alpha0×H(t)+ alpha1×H(t‑1)+ alpha2×H(t‑2) 公式2；

[0078] H_out(t)=alpha0×H(t)+ alpha1×H(t‑1)+ alpha2×H(t‑2)+ alpha3×H(t‑3) 公式3；

[0079] 其中，H_out(t)表示精确高度，H(t)表示当前飞行高度，H(t‑1)表示上一次飞行高度，H(t‑2)表示上上一次飞行高度（即H(t‑1)的上一次飞行高度），H(t‑3)表示上上上一次飞行高度（即H(t‑2)的上一次飞行高度），t表示当前飞行高度对应的时间；

[0080] 公式2中，alpha0+ alpha1+ alpha2=1，且 alpha0>alpha1>alpha2，alpha0、 alpha1、 alpha2均为常数；

[0081] 公式3中，alpha0+ alpha1+ alpha2+ alpha3=1，且 alpha0>alpha1>alpha2＞alpha3，alpha0、alpha1、alpha2、alpha3均为常数。

[0082] 离当前飞行高度检测的时间越近（即离当前帧越近），系数越大，其对最终结果的影响越大。

[0083] 优选地，选择公式2，alpha0为0.7，alpha1为0.2，alpha2为0.1，那么H_out(t)=0.7×H(t)+0.2×H(t‑1)+0.1×H(t‑2)。

[0084] 平滑时可以选择3帧也可以选择4帧进行计算，但不能太多帧。

[0085] 帧数选得越多，则代表更早的飞行器高度信息参与了当前的高度计算，但无人机是运动的，时间离当前时刻越远，之前的高度和现在的高度差就越大，带来的误差也越大。因此只要选择附近的几帧进行平滑即可。

[0086] 本发明的测量原理和气压计类似，但不是通过测量大气压强计算高度，而是通过测量液体压强计算高度。

[0087] 压强和密度成正比，而液体的密度远大于空气，在相同高度差的情况下，液体带来的压强差要源大于气体的压强差，因此理论上使用液压测量高度得精度比气压更高。而且使用液体测量压强，不容易受环境温度和湿度的影响，也不受电磁干扰影响，测量稳定性更好，所受环境限制少，本发明的测量精度比通过气压计测量高度的方式更高。

[0088] 根据本发明的第三个具体实施方式，本发明提供一种飞行器的降落方法，包括以下步骤：

[0089] 采用第二个具体实施方式的飞行器的飞行高度检测方法检测飞行器的飞行高度；

[0090] 根据飞行器的高度调整飞行器的降落速度。

[0091] 根据飞行器的高度调整飞行器的降落速度的方法包括：

[0092] 飞行高度大于指定高度时，飞行器按照指定速度下降，该指定速度大于3m/s；

[0093] 否则，飞行器减小至0‑3m/s下降。

[0094] 以上具体地示出和描述了本发明的示例性实施例。应可理解的是，本发明不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本发明意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。