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用于植保无人机超声波测高修正方法探究摘要：精准的高度测量对于植保无人机来说是非常 重要的文章针对超声波测距的测量误差进行修正研究，首 先利用卡尔曼和平均值滤波消除传感器的不稳定造成的数 据漂移，然后利用多项式拟合的方法对滤波后的数据进行修 正，获得高精度的测量值实验结果表明高度测量系统精度 满足多旋翼植保无人机控制系统对高度数据的基本需求，并 且此方法可推广应用到其他领域关键词：植保无人机；超声波测距；多项式拟合；滤波; 误差修正1概述高度的测量单元是无人机飞行控制中的核心设备之一， 精确的高度是保证无人机飞行平稳的一个必要因素，一个完 善的高度测量系统对多旋翼无人机控制系统的研究和广泛 的应用有很大的帮助［1］一般来说无人机上利用GPS和气 压计进行高度的测量，但是这两者存在精度相对不高，容易 受到气候环境等因素的干扰，两者测量的都是绝对高度，因 此应用上也会有一定的限制超声测距具有成本低，易于实现等特点被广泛应用，精 度高，得到的数据是绝对高度，适合应用于多旋翼植保无人 机的高度测量系统中［2］2误差分析及滤波处理在超声波的测量过程中发现，由于环境噪声、温湿度、 模块本身的稳定性，等等可能的原因造成的数据输出不稳 定，数据跳跃比较严重，因此针对测量得到的数据，首先先 进行数据滤波，本文采用一阶卡尔曼和算术平均组合滤波， 将数据误差较大的数值滤除，然而通过串口读取的超声波高 度数据和实际测量的距离有一定的误差，而且误差的大小不 是恒定的，因此下一步就需要对超声波的数据进行修正，在 本文中采取的方法就是多项式拟合法3误差的修正小型植保无人机进行植保作业时候的飞行高度基本上 是在4m以内，因此选择用标定的方法对超声波的误差进行 修正，即从工作空间允许的距离数值区间中，取一定间隔的 数值得到一组数据，然后通过测量分别将超声波放置在相应 数值的高度，然后读取超声波实际输出的距离数值，得到一 组新的数据，再通过MATLAB对这组数据进行处理，为下一 步中的多项式拟合修正做准备设f (x)为原函数，g(x)为近似函数，｛ (xi, f (xi)), i=0, 1, 2, 3, 4…,n｝为标定采集到的n个离散数据点， 我们需要找到一条曲线g (x),使的值最小，当g (x)为m 次多项式时称为多项式拟合4实验验证将拟合完毕的多项式带入程序中对数据进行修正并输 出。

如图1所示，横轴表示标定值，"十”字点表示的点为 用拟合的多项式进行数据修正后实测的数据，实线为理想状 态的数据，“X”表示的点为拟合前测得的数据；图中可 以看出“十”字线和实线基本重合由图1可以看到，经过多项式拟合后的数据跟理想数据 基本吻合，基本上修正了超声波模块的误差，但是通过对数 据的分析，跟理想的数据还是有误差，但是通过测量得到的 数据，可以知道标定在50〜2000的数X，误差基本上都在 2cm以内，对于植保无人机控制系统的算法用到的高度数据 来说，这样的误差是可以接受的5结束语植保无人机拥有高精度的高度值，可以更加准确的进行农药喷洒，使得农药可以得到合理的利用，减少了浪费对 于本文中高度测量的精度，合理规划产生的误差的原因，跟 做实验时候的读数误差，平台本身的误差，移动平台标定距 离时的误差，以及温度、湿度、噪音干扰等等的诸多原因有 关这样的精度对于飞行控制系统本身来说是可以被接受 的，因此不再做进一步的修正，如果标定的数据点取间隔 25mm的话，预测整体的精度会在25mm以内，平均精度应该在10mm左右参考文献[1] 茹滨超，鲜斌，宋英麟，等•基于气压传感器的无人 机高度测量系统[J]・中南大学学报(自然科学版)，2013, 44： 94-97.[2] 韩韧，金永威，王强•基于STM32和超声波测距的倒 车雷达预警系统设计[J].传感器与微系统，2016(04)： 63-66.作者简介：段萍(1973-),女，汉族，河北工业大学， 博士，副教授，硕士生导师尹李亮(1990-),男，汉族，河北工业大学，硕士研究 生丁承君(1973-),男，汉族，河北工业大学，博士，教 授，博士生导师。