CN111707268B - 基于双欧法和四元数混合编排的无人机导航方法和*** - Google Patents

基于双欧法和四元数混合编排的无人机导航方法和*** Download PDF

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CN111707268B CN202010567793.0A CN202010567793A CN111707268B CN 111707268 B CN111707268 B CN 111707268B CN 202010567793 A CN202010567793 A CN 202010567793A CN 111707268 B CN111707268 B CN 111707268B
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Abstract

本申请涉及一种基于双欧法和四元数混合编排的无人机导航方法和***。所述方法包括：分别获取无人机水平飞行模式时对应的水平欧拉角表示的姿态旋转矩阵，以及垂直飞行模式时对应的垂直欧拉角表示的姿态旋转矩阵，当无人机的俯仰角大于设定的阈值时，将无人机的姿态旋转矩阵的表示形式切换为垂直欧拉角表示，当无人机的俯仰角小于或等于设定的阈值时，将无人机的姿态旋转矩阵的表示形式切换为水平欧拉角表示，在导航内部编排时，采用四元数表示对垂直欧拉角表示和水平欧拉角表示进行姿态更新，从而对无人机进行导航。采用本方法能够避免导航时姿态控制出现奇异值。

Description

基于双欧法和四元数混合编排的无人机导航方法和***
技术领域
本申请涉及无人机技术领域，特别是涉及一种基于双欧法和四元数混合编排的无人机导航方法和***。
背景技术
随着无人机技术的发展，无人机也被用在生产生活中的各个领域中，从而对无人机的飞行形成有了新的要求。
常用的固定翼无人机，可以采用欧拉角表示方法，对导航时的姿态进行控制，然而，在无人机的俯仰角等于或者接近±90度时，导致计算结果出现奇异值，从而无法正常的执行飞行导航控制。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够解决无人机欧拉角表示法进行姿态控制时存在奇异值问题的基于双欧法的无人机导航方法和装置。
一种基于双欧法和四元数混合编排的无人机导航方法，所述方法包括：
分别获取无人机水平飞行模式时对应的水平欧拉角表示的姿态旋转矩阵，以及垂直飞行模式时对应的垂直欧拉角表示的姿态旋转矩阵；所述水平飞行模式为按传统固定翼飞机飞行的模式，无人机机体的纵轴成水平状态；所述垂直飞行模式为按传统四旋翼飞机飞行的模式，无人机机体的纵轴成竖直状态；
当无人机的俯仰角大于设定的阈值时，将无人机的姿态旋转矩阵的表示形式切换为垂直欧拉角表示；
当无人机的俯仰角小于或等于设定的阈值时，将无人机的姿态旋转矩阵的表示形式切换为水平欧拉角表示；
在导航内部编排时，采用四元数表示对所述垂直欧拉角表示和所述水平欧拉角表示进行姿态更新，从而对无人机进行导航。
在其中一个实施例中，还包括：获取当地地理坐标系对应于无人机载体坐标系的旋转矩阵；根据所述旋转矩阵计算当地重力加速度在无人机载体坐标系中的水平投影，得到所述六自由度运动模型的水平欧拉角表示，根据所述水平欧拉角表示的六自由度运动模型，得到水平欧拉角表示的姿态旋转矩阵。
在其中一个实施例中，还包括：获取当地地理坐标系对应于无人机载体坐标系的旋转矩阵；根据所述旋转矩阵计算当地重力加速度在无人机载体坐标系中的垂直投影，得到所述六自由度运动模型的垂直欧拉角表示，根据所述垂直欧拉角表示的六自由度运动模型，得到垂直欧拉角表示的姿态旋转矩阵。
在其中一个实施例中，还包括：根据所述水平欧拉角表示的六自由度运动模型，得到水平欧拉角表示的姿态旋转矩阵为：
Figure BDA0002548469990000021
其中，B表示姿态旋转矩阵，水平欧拉角φ绕Xb轴的旋转，水平欧拉角θ绕Yb轴旋转，水平欧拉角ψ绕Zb轴旋转，其中水平欧拉角的旋转顺序为Zb-Yb-Xb；C表示下标余弦值，S表示下标的正弦值。
在其中一个实施例中，还包括：根据所述垂直欧拉角表示的六自由度运动模型，得到垂直欧拉角表示的姿态旋转矩阵为：
Figure BDA0002548469990000022
其中，B表示姿态旋转矩阵，垂直欧拉角φv绕
Figure BDA0002548469990000023
轴的旋转，垂直欧拉角θv绕
Figure BDA0002548469990000024
轴旋转，垂直欧拉角ψv绕
Figure BDA0002548469990000025
轴旋转，其中垂直欧拉角的旋转顺序为
Figure BDA0002548469990000026
Figure BDA0002548469990000027
C表示下标余弦值，S表示下标的正弦值。
在其中一个实施例中，还包括：在导航内部编排时，获取姿态四元数表示；
根据所述姿态四元数表示，确定四元数更新方程；根据所述四元数更新方程，得到姿态旋转矩阵的四元数表达；根据所述四元数表达，确定垂直欧拉角表示的姿态更新参数。
在其中一个实施例中，还包括：在导航内部编排时，获取姿态四元数表示；根据所述姿态四元数表示，确定四元数更新方程；根据所述四元数更新方程，得到姿态旋转矩阵的四元数表达；根据所述四元数表达，确定水平欧拉角表示的姿态更新参数。
一种基于双欧法和四元数混合编排的无人机导航***，所述装置包括：
转换模块，用于分别获取无人机水平飞行模式时对应的水平欧拉角表示的姿态旋转矩阵，以及垂直飞行模式时对应的垂直欧拉角表示的姿态旋转矩阵；所述水平飞行模式为按传统固定翼飞机飞行的模式，无人机机体的纵轴成水平状态；所述垂直飞行模式为按传统四旋翼飞机飞行的模式，无人机机体的纵轴成竖直状态；
垂直导航模块，用于当无人机的俯仰角大于设定的阈值时，将无人机的姿态旋转矩阵的表示形式切换为垂直欧拉角表示；
水平导航模块，用于当无人机的俯仰角小于或等于设定的阈值时，将无人机的姿态旋转矩阵的表示形式切换为水平欧拉角表示；
导航模块，用于在导航内部编排时，采用四元数表示对所述垂直欧拉角表示和所述水平欧拉角表示进行姿态更新，从而对无人机进行导航。
一种无人机，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
分别获取无人机水平飞行模式时对应的水平欧拉角表示的姿态旋转矩阵，以及垂直飞行模式时对应的垂直欧拉角表示的姿态旋转矩阵；所述水平飞行模式为按传统固定翼飞机飞行的模式，无人机机体的纵轴成水平状态；所述垂直飞行模式为按传统四旋翼飞机飞行的模式，无人机机体的纵轴成竖直状态；
当无人机的俯仰角大于设定的阈值时，将无人机的姿态旋转矩阵的表示形式切换为垂直欧拉角表示；
当无人机的俯仰角小于或等于设定的阈值时，将无人机的姿态旋转矩阵的表示形式切换为水平欧拉角表示；
在导航内部编排时，采用四元数表示对所述垂直欧拉角表示和所述水平欧拉角表示进行姿态更新，从而对无人机进行导航。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
分别获取无人机水平飞行模式时对应的水平欧拉角表示的姿态旋转矩阵，以及垂直飞行模式时对应的垂直欧拉角表示的姿态旋转矩阵；所述水平飞行模式为按传统固定翼飞机飞行的模式，无人机机体的纵轴成水平状态；所述垂直飞行模式为按传统四旋翼飞机飞行的模式，无人机机体的纵轴成竖直状态；
当无人机的俯仰角大于设定的阈值时，将无人机的姿态旋转矩阵的表示形式切换为垂直欧拉角表示；
当无人机的俯仰角小于或等于设定的阈值时，将无人机的姿态旋转矩阵的表示形式切换为水平欧拉角表示；
在导航内部编排时，采用四元数表示对所述垂直欧拉角表示和所述水平欧拉角表示进行姿态更新，从而对无人机进行导航。
上述基于双欧法和四元数混合编排的无人机导航方法、***、无人机和存储介质，通过获取无人机在垂直飞行模式下的水平欧拉角表示的姿态旋转矩阵，以及在垂直飞行模式下的垂直欧拉角表示的姿态旋转矩阵，然后通过判断当前无人机的俯仰角是否大于阈值，利用不同的欧拉角表示，然后采用四元数表示进行混合编排，进行无人机的导航，在计算时，避免奇异值的出现，以及通过四元数表示，避免大量的三角函数计算，仅为简单的线性代数计算，有利于提高导航数据的计算效率。
附图说明
图1为一个实施例中基于双欧法和四元数混合编排的无人机导航方法的应用场景图；
图2为一个实施例中基于双欧法和四元数混合编排的无人机导航方法的流程示意图；
图3为一个实施例中基于双欧法和四元数混合编排的无人机导航装置的结构框图；
图4为一个实施例中无人机的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请提供的基于双欧法和四元数混合编排的无人机导航方法，可以应用于如图1所示的无人机中。其中，无人机包含两种飞行模式：垂直飞行模式和水平飞行模式。垂直飞行时，利用垂直机身设置的机翼飞行，机翼可以是固定翼，水平飞行时，通过水平设置的机翼飞行。不同的飞行模式下，动力组成部分不同，因此姿态旋转矩阵也存在相应的区别。
在一个实施例中，如图2所示，提供了一种基于双欧法和四元数混合编排的无人机导航方法，以该方法应用于图1中的无人机为例进行说明，包括以下步骤：
步骤202，分别获取无人机水平飞行模式时对应的水平欧拉角表示的姿态旋转矩阵，以及垂直飞行模式时对应的垂直欧拉角表示的姿态旋转矩阵。
水平飞行模式为按传统固定翼飞机飞行的模式，无人机机体的纵轴成水平状态，垂直飞行模式为按传统四旋翼飞机飞行的模式，无人机机体的纵轴成竖直状态。
用来确定定点转动刚***置的3个一组独立角参量，由章动角θ、旋进角ψ和自转角φ组成，姿态旋转矩阵指的是无人机载体坐标对应于当地地理坐标的旋转矩阵，姿态旋转矩阵是正交矩阵。
步骤204，当无人机的俯仰角大于设定的阈值时，将无人机的姿态旋转矩阵的表示形式切换为垂直欧拉角表示。
俯仰角指的是无人机机头相对于水平面的角度，阈值可以根据需求设置，例如设置俯仰角为±45度，也可以根据需求设置为其他数值，在此不做限制。在导航时，特别是倾转过程的控制，可以利用姿态旋转矩阵直接控制。
另外，因为在俯仰角等于或接近±90度时，该欧拉角表示将会出现奇异值。四元数表示不存在奇异的问题，因此采用欧拉角和四元数表示的混合编排，可以有效的提供连续的控制。
步骤206，当无人机的俯仰角小于或等于设定的阈值时，将无人机的姿态旋转矩阵的表示形式切换为水平欧拉角表示。
步骤208，在导航内部编排时，采用四元数表示对垂直欧拉角表示和水平欧拉角表示进行姿态更新，从而对无人机进行导航。
上述基于双欧法和四元数混合编排的无人机导航方法中，通过获取无人机在垂直飞行模式下的水平欧拉角表示的姿态旋转矩阵，以及在垂直飞行模式下的垂直欧拉角表示的姿态旋转矩阵，然后通过判断当前无人机的俯仰角是否大于阈值，利用不同的欧拉角表示，然后采用四元数表示进行混合编排，进行无人机的导航，在计算时，避免奇异值的出现，以及通过四元数表示，避免大量的三角函数计算，仅为简单的线性代数计算，有利于提高导航数据的计算效率。
在其中一个实施例中，得到水平欧拉角表示的姿态旋转矩阵的步骤包括：
获取当地地理坐标系对应于无人机载体坐标系的旋转矩阵，根据旋转矩阵在无人机载体坐标系中的水平投影，得到六自由度运动模型的水平欧拉角表示，根据水平欧拉角表示的六自由度运动模型，得到水平欧拉角表示的姿态旋转矩阵。
在其中一个实施例中，采用与水平欧拉角表示法同样的原理，获取当地地理坐标系对应于无人机载体坐标系的旋转矩阵；根据旋转矩阵计算当地重力加速度在无人机载体坐标系中的垂直投影，得到六自由度运动模型的垂直欧拉角表示，根据垂直欧拉角表示的六自由度运动模型，得到垂直欧拉角表示的姿态旋转矩阵。
在另一个实施例中，由于旋转矩阵为正交矩阵，采用水平欧拉角表示的姿态旋转矩阵为：
Figure BDA0002548469990000061
其中，B表示姿态旋转矩阵，水平欧拉角φ绕Xb轴的旋转，水平欧拉角θ绕Yb轴旋转，水平欧拉角ψ绕Zb轴旋转，其中水平欧拉角的旋转顺序为Zb-Yb-Xb；C表示下标余弦值，S表示下标的正弦值。即Cθ＝Cosθ等。
在又一个实施例中，采用垂直欧拉角表示的姿态旋转矩阵为：
Figure BDA0002548469990000071
其中，B表示姿态旋转矩阵，垂直欧拉角φv绕
Figure BDA0002548469990000072
轴的旋转，垂直欧拉角θv绕
Figure BDA0002548469990000073
轴旋转，垂直欧拉角ψv绕
Figure BDA0002548469990000074
轴旋转，其中垂直欧拉角的旋转顺序为
Figure BDA0002548469990000075
Figure BDA0002548469990000076
C表示下标余弦值，S表示下标的正弦值。
在其中一个实施例中，还可以采用四元数表示姿态旋转矩阵，从而更加便于导航时数据的计算，具体如下：当无人机的俯仰角小于或等于设定的阈值时，将无人机的姿态旋转矩阵的表示形式切换为水平欧拉角表示；获取姿态旋转矩阵的四元数表示；四元数表示为姿态四元数；根据四元数表示，将姿态旋转矩阵的水平欧拉角表示转化为水平四元数表示；根据水平四元数表示表示进行无人机导航。本实施例中，由于欧拉角的姿态表示方法有利于控制***的解耦实现、以及飞行器姿态的直观理解，而四元数的表示方法则不存在奇异的问题，同时也具有较高的计算效率，这是由于飞行器运动学方程中欧拉角的运算涉及大量非线性三角函数，而四元数运算则只包含非常简单的线性代数运算。因此，在导航***的内部编排中，采用四元数的方法进行载体的姿态更新。
在另一个实施例中，当无人机的俯仰角大于设定的阈值时，将无人机的姿态旋转矩阵的表示形式切换为垂直欧拉角表示；获取姿态旋转矩阵的四元数表示；四元数表示为姿态四元数；根据四元数表示，将姿态旋转矩阵的垂直欧拉角表示转化为水平四元数表示；根据垂直四元数表示表示进行无人机导航。
具体的，采用四元数表示的姿态旋转矩阵为：
Figure BDA0002548469990000077
其中，q0、q1、q2、q3表示姿态四元数中的参数，姿态四元数表示为：Q＝(q0,q1,q2,q3)T。
水平欧拉角至四元数的转换关系如下：
Figure BDA0002548469990000081
Figure BDA0002548469990000082
Figure BDA0002548469990000083
Figure BDA0002548469990000084
垂直欧拉角至四元数的转换关系如下：
Figure BDA0002548469990000085
Figure BDA0002548469990000086
Figure BDA0002548469990000087
Figure BDA0002548469990000088
通过上述转换关系，可以将水平欧拉角表示和垂直欧拉角表示的姿态转换矩阵采用四元数表示，从而可以提高***的计算效率。
同样的，在一种飞行模式向另一种飞行模式进行转换时，便随着参数的改变，即需要将水平欧拉角转换至垂直欧拉角或者将垂直欧拉角转换至水平欧拉角，具体的，水平欧拉角至垂向欧拉角的转换关系如下：
θv＝-sin-1(cos(φ)cos(θ))＝sin-1(-b33)
Figure BDA0002548469990000089
Figure BDA00025484699900000810
垂向欧拉角至水平欧拉角的转换关系如下：
θ＝sin-1(cos(ψv)cos(θv))＝-sin-1(b13)
Figure BDA00025484699900000811
Figure BDA00025484699900000812
应该理解的是，虽然图2的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图2中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图3所示，提供了一种基于双欧法和四元数混合编排的无人机导航***，包括：转换模块302、垂直导航模块304、水平导航模块306和导航模块308，其中：
转换模块302，用于分别获取无人机水平飞行模式时对应的水平欧拉角表示的姿态旋转矩阵，以及垂直飞行模式时对应的垂直欧拉角表示的姿态旋转矩阵；所述水平飞行模式为按传统固定翼飞机飞行的模式，无人机机体的纵轴成水平状态；所述垂直飞行模式为按传统四旋翼飞机飞行的模式，无人机机体的纵轴成竖直状态；
垂直导航模块304，用于当无人机的俯仰角大于设定的阈值时，将无人机的姿态旋转矩阵的表示形式切换为垂直欧拉角表示；
水平导航模块306，用于当无人机的俯仰角小于或等于设定的阈值时，将无人机的姿态旋转矩阵的表示形式切换为水平欧拉角表示；
导航模块308，用于在导航内部编排时，采用四元数表示对所述垂直欧拉角表示和所述水平欧拉角表示进行姿态更新，从而对无人机进行导航。
在其中一个实施例中，转换模块302还用于获取当地地理坐标系对应于无人机载体坐标系的旋转矩阵；得到所述六自由度运动模型的水平欧拉角表示，根据所述水平欧拉角表示的六自由度运动模型，得到水平欧拉角表示的姿态旋转矩阵。
在其中一个实施例中，转换模块302还用于获取当地地理坐标系对应于无人机载体坐标系的旋转矩阵；得到所述六自由度运动模型的垂直欧拉角表示，根据所述垂直欧拉角表示的六自由度运动模型，得到垂直欧拉角表示的姿态旋转矩阵。
在其中一个实施例中，转换模块302还用于根据所述水平欧拉角表示的六自由度运动模型，得到水平欧拉角表示的姿态旋转矩阵为：
Figure BDA0002548469990000101
其中，B表示姿态旋转矩阵，水平欧拉角φ绕Xb轴的旋转，水平欧拉角θ绕Yb轴旋转，水平欧拉角ψ绕Zb轴旋转，其中水平欧拉角的旋转顺序为Zb-Yb-Xb；C表示下标余弦值，S表示下标的正弦值。
在其中一个实施例中，转换模块302还用于根据所述垂直欧拉角表示的六自由度运动模型，得到垂直欧拉角表示的姿态旋转矩阵为：
Figure BDA0002548469990000102
其中，B表示姿态旋转矩阵，垂直欧拉角φv绕
Figure BDA0002548469990000103
轴的旋转，垂直欧拉角θv绕
Figure BDA0002548469990000104
轴旋转，垂直欧拉角ψv绕
Figure BDA0002548469990000105
轴旋转，其中垂直欧拉角的旋转顺序为
Figure BDA0002548469990000106
Figure BDA0002548469990000107
C表示下标余弦值，S表示下标的正弦值。
在其中一个实施例中，导航模块306还用于在导航内部编排时，获取姿态四元数表示；根据所述姿态四元数表示，确定四元数更新方程；根据所述四元数更新方程，得到姿态旋转矩阵的四元数表示；根据所述四元数表达，确定垂直欧拉角表示的姿态更新参数。
在其中一个实施例中，导航模块304还用于在导航内部编排时，获取姿态四元数表示；根据所述姿态四元数表示，确定四元数更新方程；根据所述四元数更新方程，得到姿态旋转矩阵的四元数表示；根据所述四元数表示，确定水平欧拉角表示的姿态更新参数。
关于基于双欧法的无人机导航装置的具体限定可以参见上文中对于基于双欧法的无人机导航方法的限定，在此不再赘述。上述基于双欧法的无人机导航装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于无人机中的处理器中，也可以以软件形式存储于无人机中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种无人机，其内部结构图可以如图4所示。该无人机包括通过***总线连接的处理器、存储器、网络接口和输入装置。其中，该无人机的处理器用于提供计算和控制能力。该无人机的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作***和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作***和计算机程序的运行提供环境。该无人机的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种基于双欧法的无人机导航方法。该无人机的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是无人机外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图4中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的无人机的限定，具体的无人机可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种无人机，包括存储器和处理器，该存储器存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述方法实施例中的步骤
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例中的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种基于双欧法和四元数混合编排的无人机导航方法，所述方法包括：
获取当地地理坐标系对应于无人机载体坐标系的旋转矩阵；根据所述旋转矩阵计算当地重力加速度在无人机载体坐标系中的水平投影，得到六自由度运动模型中水平欧拉角表示，根据所述水平欧拉角表示的六自由度运动模型，得到水平欧拉角表示的姿态旋转矩阵，根据所述旋转矩阵计算当地重力加速度在无人机载体坐标系中的垂直投影，得到六自由度运动模型的垂直欧拉角表示，根据所述垂直欧拉角表示的六自由度运动模型，得到垂直欧拉角表示的姿态旋转矩阵；所述水平飞行模式为按传统固定翼飞机飞行的模式，无人机机体的纵轴成水平状态；所述垂直飞行模式为按传统四旋翼飞机飞行的模式，无人机机体的纵轴成竖直状态；
当无人机的俯仰角大于设定的阈值时，将无人机的姿态旋转矩阵的表示形式切换为垂直欧拉角表示；
当无人机的俯仰角小于或等于设定的阈值时，将无人机的姿态旋转矩阵的表示形式切换为水平欧拉角表示；
在导航内部编排时，采用四元数表示对所述垂直欧拉角表示和所述水平欧拉角表示进行姿态更新，从而对无人机进行导航。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据水平欧拉角表示的六自由度运动模型，得到水平欧拉角表示的姿态旋转矩阵，包括：
根据所述水平欧拉角表示的六自由度运动模型，得到水平欧拉角表示的姿态旋转矩阵为：
Figure FDA0003502239780000011
其中，B表示姿态旋转矩阵，水平欧拉角φ绕Xb轴的旋转，水平欧拉角θ绕Yb轴旋转，水平欧拉角ψ绕Zb轴旋转，其中水平欧拉角的旋转顺序为Zb-Yb-Xb；C表示下标的余弦值，S表示下标的正弦值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据垂直欧拉角表示的六自由度运动模型，得到垂直欧拉角表示的姿态旋转矩阵，包括：
根据所述垂直欧拉角表示的六自由度运动模型，得到垂直欧拉角表示的姿态旋转矩阵为：
Figure FDA0003502239780000021
其中，B表示姿态旋转矩阵，垂直欧拉角φv绕
Figure FDA0003502239780000022
轴的旋转，垂直欧拉角θv绕
Figure FDA0003502239780000023
轴旋转，垂直欧拉角ψv绕
Figure FDA0003502239780000024
轴旋转，其中垂直欧拉角的旋转顺序为
Figure FDA0003502239780000025
C表示下标的余弦值，S表示下标的正弦值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在导航内部编排时，采用四元数表示对所述垂直欧拉角表示进行姿态更新，包括：
在导航内部编排时，获取姿态四元数表示；
根据所述姿态四元数表示，确定四元数更新方程；
根据所述四元数更新方程，得到姿态旋转矩阵的四元数表示；
根据所述四元数表达，确定垂直欧拉角表示的姿态更新参数。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在导航内部编排时，采用四元数表示对所述水平欧拉角表示进行姿态更新，包括：
在导航内部编排时，获取姿态四元数表示；
根据所述姿态四元数表示，确定四元数更新方程；
根据所述四元数更新方程，得到姿态旋转矩阵的四元数表示；
根据所述四元数表示，确定水平欧拉角表示的姿态更新参数。
6.一种基于双欧法和四元数混合编排的无人机导航***，其特征在于，所述装置包括：
转换模块，用于获取当地地理坐标系对应于无人机载体坐标系的旋转矩阵；根据所述旋转矩阵计算当地重力加速度在无人机载体坐标系中的水平投影，得到六自由度运动模型中水平欧拉角表示，根据所述水平欧拉角表示的六自由度运动模型，得到水平欧拉角表示的姿态旋转矩阵，根据所述旋转矩阵计算当地重力加速度在无人机载体坐标系中的垂直投影，得到六自由度运动模型的垂直欧拉角表示，根据所述垂直欧拉角表示的六自由度运动模型，得到垂直欧拉角表示的姿态旋转矩阵；所述水平飞行模式为按传统固定翼飞机飞行的模式，无人机机体的纵轴成水平状态；所述垂直飞行模式为按传统四旋翼飞机飞行的模式，无人机机体的纵轴成竖直状态；
垂直导航模块，用于当无人机的俯仰角大于设定的阈值时，将无人机的姿态旋转矩阵的表示形式切换为垂直欧拉角表示；
水平导航模块，用于当无人机的俯仰角小于或等于设定的阈值时，将无人机的姿态旋转矩阵的表示形式切换为水平欧拉角表示；
导航模块，用于在导航内部编排时，采用四元数表示对所述垂直欧拉角表示和所述水平欧拉角表示进行姿态更新，从而对无人机进行导航。
7.一种无人机，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
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