一种基于误差排序的无人机悬停抗风性能双维度评价方法

技术领域

本发明涉及风洞测试技术领域，具体涉及一种无人机悬停抗风性能评价方法。

背景技术

悬停飞行是最典型的无人机作业工况之一。由于悬停作业时无人机与操作对象之间的距离非常近，因为悬停性能不佳极易发生碰撞和伤害等事故。因此，对无人机的悬停定位精度和抗风能力有很高的要求。风洞能较准确地控制流速、压力和温度等实验条件，能够比较容易开展无人机的悬停抗风能力测试。但是目前对无人机悬停飞行抗风能力的评价还比较随意，尚无法充分的利用风洞测试的宝贵数据。

目前普遍采用无人机悬停抗风能力评价方法主要包括两类。一类是使用极限值的方法，即在一定风速下，一定时间内无人机发生的最大位置偏差量是否超过了管控值。另一类是采用平均值的方法，即在一定风速下，一定时间内无人机位置偏差值的平均量是否超过了管控值。这两种方法都是早期无人机位置姿态测量精度不高，且很难直接开展风洞条件下的悬停飞行试验时的简易方法。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种无人机悬停抗风性能双维度评价方法，充分利用风洞条件下无人机悬停抗风测试的数据序列，解决对无人机悬停抗风性能的准确评价问题。

为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：

提供一种基于误差排序的无人机悬停抗风性能双维度评价方法，其包括以下步骤：

S1：采集每次无人机在风洞中悬停飞行的三维位置坐标(x，y，z)，在飞行任务中获得n个三维位置坐标(x，y，z)，n为三维位置坐标采集的次数；

S2：利用n个三维位置坐标(x，y，z)建立数据序列(X，Y，Z)，其中X包括n个x数据，Y包括n个y数据，Z包括n个z数据；

S3：将数据序列(X，Y，Z)拆分成数据序列Ⅰ(X，Y)和数据序列Ⅱ(Z)；

S4：计算数据序列Ⅰ的欧式距离量序列H1，再利用欧式距离量序列H1计算平均值H0，得到水平方向的悬停偏差H；

S5：计算数据序列Ⅱ的平均值V0，再利用平均值V0获取绝对偏差量序列V2，得到垂直方向的悬停偏差V；

S6：将悬停偏差H和悬停偏差V分别与水平方向管控值和垂直方向管控值进行比较，对无人机的悬停抗风能力等级进行评价。

进一步地，步骤S4包括：

S41：利用数据序列Ⅰ(X，Y)中包含的每组数据(x，y)与原点(0，0)计算欧式距离量，得到欧式距离量序列H1：

其中，m为数据序列Ⅰ的第m组数据；

S42：计算欧式距离量序列H1的平均值H0：

S43：利用欧式距离量序列H1中的每个欧式距离量减去平均值H0，再求绝对值，得到绝对偏差量序列H2：

(H2)

S44：对绝对偏差量序列H2中的每个绝对偏差量从大到小进行重新排序，：

(H2)

S45：从排序后的绝对偏差量序列H2的第一个值开始，取前一半数据的值计算平均值，得到水平方向的悬停偏差H。

进一步地，步骤S45中悬停偏差H的计算方法为：

进一步地，步骤S5包括：

S51：计算数据序列Ⅱ的平均值V0：

S52：利用数据序列Ⅱ的每一个坐标值z减去平均值V0，再求绝对值，得到绝对偏差量序列V2：

(V2)

m为数据序列Ⅱ的第m组数据；

S53：将绝对偏差量序列V2中的每个绝对偏差量大到小进行重新排序：

(V2)

S54：从排序后的绝对偏差量序列V2的第一个值开始，取前一半数据的值计算平均值，得到垂直方向的悬停偏差V。

进一步地，步骤S54中悬停偏差V的计算方法为：

进一步地，步骤S6包括：

将水平方向的悬停偏差H与水平方向管控值进行比较，当悬停偏差H小于水平方向管控值时，则无人机的水平方向的悬停抗风能力评价为A，当悬停偏差H大于或等于水平方向管控值时，则水平方向的悬停抗风能力评价为B：

将垂直方向的悬停偏差V与垂直方向管控值进行比较，当悬停偏差V小于垂直方向管控值时，则无人机的垂直方向的悬停抗风能力评价为A，当悬停偏差V大于或等于垂直方向管控值时，则垂直方向的悬停抗风能力评价为B

若无人机在水平和垂直方向的悬停抗风能力评价均为A，则无人机在测试风速下悬停抗风能力评价为较好；

若无人机在水平和垂直方向的悬停抗风能力评价存在一个B，则无人机在测试风速下悬停抗风能力评价为一般；

若无人机在水平和垂直方向的悬停抗风能力评价均为B时，则无人机在测试风速下悬停抗风能力评价为较差。

提供一种存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现上述的基于误差排序的无人机悬停抗风性能双维度评价方法。

提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现上述的基于误差排序的无人机悬停抗风性能双维度评价方法的步骤。

本发明的有益效果为：

本发明充分利用悬停飞行位置坐标数据序列，通过对水平方向和垂直方向的误差分别进行排序，建立了水平面内和垂直方向两个维度的悬停抗风能力评价指标，并根据指标与管控值的对比，将无人机悬停抗风能力最终分为了较好、一般和较差三个等级。

本发明的方法突破了常规的平均值或最大值的简单评价方法，区分了水平飞行和垂直飞行的悬停抗风特性差异，突出了大偏移数值整体对评价的影响，本发明配合无人机风洞悬停试验可以实现更细致合理的悬停抗风性能评价问题，促进无人机悬停作业能力的进步。

附图说明

图1为基于误差排序的无人机悬停抗风性能双维度评价方法的流程图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，本方案的基于误差排序的无人机悬停抗风性能双维度评价方法包括以下步骤：

S1：采集每次无人机在风洞中悬停飞行的三维位置坐标(x，y，z)，在飞行任务中获得n个三维位置坐标(x，y，z)，n为三维位置坐标采集的次数；

S2：利用n个三维位置坐标(x，y，z)建立数据序列(X，Y，Z)，其中X包括n个x数据，Y包括n个y数据，Z包括n个z数据；

S3：将数据序列(X，Y，Z)拆分成数据序列Ⅰ(X，Y)和数据序列Ⅱ(Z)；

S4：计算数据序列Ⅰ的欧式距离量序列H1，再利用欧式距离量序列H1计算平均值H0，得到水平方向的悬停偏差H；步骤S4包括：

S41：利用数据序列Ⅰ(X，Y)中包含的每组数据(x，y)与原点(0，0)计算欧式距离量，得到欧式距离量序列H1：

其中，m为数据序列Ⅰ的第m组数据；

S42：计算欧式距离量序列H1的平均值H0：

S43：利用欧式距离量序列H1中的每个欧式距离量减去平均值H0，再求绝对值，得到绝对偏差量序列H2：

(H2)

S44：对绝对偏差量序列H2中的每个绝对偏差量从大到小进行重新排序，：

(H2)

S45：从排序后的绝对偏差量序列H2的第一个值开始，取前一半数据的值计算平均值，得到水平方向的悬停偏差H。步骤S45中悬停偏差H的计算方法为：

S5：计算数据序列Ⅱ的平均值V0，再利用平均值V0获取绝对偏差量序列V2，得到垂直方向的悬停偏差V；步骤S5包括：

S51：计算数据序列Ⅱ的平均值V0：

S52：利用数据序列Ⅱ的每一个坐标值z减去平均值V0，再求绝对值，得到绝对偏差量序列V2：

(V2)

m为数据序列Ⅱ的第m组数据；

S53：将绝对偏差量序列V2中的每个绝对偏差量大到小进行重新排序：

(V2)

S54：从排序后的绝对偏差量序列V2的第一个值开始，取前一半数据的值计算平均值，得到垂直方向的悬停偏差V；步骤S54中悬停偏差V的计算方法为：

S6：将悬停偏差H和悬停偏差V分别与水平方向管控值和垂直方向管控值进行比较，对无人机的悬停抗风能力等级进行评价。步骤S6包括：

将水平方向的悬停偏差H与水平方向管控值进行比较，当悬停偏差H小于水平方向管控值时，则无人机的水平方向的悬停抗风能力评价为A，当悬停偏差H大于或等于水平方向管控值时，则水平方向的悬停抗风能力评价为B：

将垂直方向的悬停偏差V与垂直方向管控值进行比较，当悬停偏差V小于垂直方向管控值时，则无人机的垂直方向的悬停抗风能力评价为A，当悬停偏差V大于或等于垂直方向管控值时，则垂直方向的悬停抗风能力评价为B

若无人机在水平和垂直方向的悬停抗风能力评价均为A，则无人机在测试风速下悬停抗风能力评价为较好；

若无人机在水平和垂直方向的悬停抗风能力评价存在一个B，则无人机在测试风速下悬停抗风能力评价为一般；

若无人机在水平和垂直方向的悬停抗风能力评价均为B时，则无人机在测试风速下悬停抗风能力评价为较差。

本方案中还包括一种存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现上述的基于误差排序的无人机悬停抗风性能双维度评价方法。

本实施例以在风洞内一定风速下悬停飞行的无人机为评价对象，已经测量到无人机悬停飞行时一定连续时间段内的空间三维位置坐标，下面根据图1处理流程介绍本发明的基于误差排序的无人机悬停抗风性能双维度评价方法：

测得空间位置坐标数据序列如表1所示：

表1

首先对所测得的三维位置坐标数据序列进行分离，分别表示水平方向的X，Y数据列Ⅰ和表示垂直方向的数据列Ⅱ，然后对数据列Ⅰ计算与(0，0)点的欧式距离量序列H1：

根据表1数据可得到欧式距离量序列H1如表2所示：

表2

计算欧式距离量序列H1的平均值H0为46.9589，根据表1可计算得到绝对偏差量序列H2，如下：

H2＝[0.0241 1.4560 0.3318 1.0943 0.6695]；

绝对偏差量序列H2按照由大到小进行排序，得到：

H2＝[1.4560 1.0943 0.6695 0.3318 0.0241]；

数据总个数为奇数时，去掉最后一个数再取前一半数据求平均值得水平方向悬停偏差H，上例求得水平方向悬停偏差H为1.2752，如果水平偏差管控值为1.0，那么例子中无人机水平方向悬停抗风评价为B。

同理采用上述方法可计算出垂直方向悬停偏差V为0.1710，如果垂直偏差管控值为0.2，那么实施例中无人机垂直方向悬停抗风评价为A。

最后，可以得到实施例所示无人机在该风速下的悬停抗风评价为：一般。

本方案中还包括一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现上述的基于误差排序的无人机悬停抗风性能双维度评价方法的步骤。

本发明充分利用悬停飞行位置坐标数据序列，通过对水平方向和垂直方向的误差分别进行排序，建立了水平面内和垂直方向两个维度的悬停抗风能力评价指标，并根据指标与管控值的对比，将无人机悬停抗风能力最终分为了较好、一般和较差三个等级。

本发明的方法突破了常规的平均值或最大值的简单评价方法，区分了水平飞行和垂直飞行的悬停抗风特性差异，突出了大偏移数值整体对评价的影响，本发明配合无人机风洞悬停试验可以实现更细致合理的悬停抗风性能评价问题，促进无人机悬停作业能力的进步。