[0001]技术领域
[0002]本发明涉及浮空器技术领域，特别涉及一种浮空器高度调节装置及方法。
[0003]背景技术
[0004]浮空器是指高空气球或平流层飞艇，浮空器的在轨高度通常依赖于排出浮升气体以降低高度和抛撒压舱物以提升高度的两种操作。
[0005]在现有技术中，这两种执行机构通常采用分体式布局，如排气组件通常安装在浮空器气囊的上部或球柄处，而抛物机构则安装在吊舱的底部。现有技术的分体式布局存在至少以下两个技术问题：
[0006]排气组件和抛物机构必须分别通过冗长的电缆和/或管路连接到位于吊舱内的中央航电系统。这种长距离布线不仅显著增加了系统的总重量、布线难度和装配的复杂性，更重要的是，这些暴露在外的线缆在高空和发射回收环境中，极易因气流的扰动导致线缆的磨损、断裂或连接器松动，成为系统的主要故障点，降低了系统可靠性。
[0007]在控制过程中，排气组件释放的高速气流会沿着气囊表面向下流动，会对下方的吊舱和抛物机构产生气动干扰，干扰气流会严重影响抛物机构的计量精度，气流扰动了压舱物的下落过程，导致计量传感器的误判和抛撒落点不准确，使得实际抛撒的压舱物质量与控制指令不符，最终导致高度控制精度显著下降。
[0008]因此，本申请旨在解决现有技术中浮空器可靠性低，且易受到排气组件的气流影响导致计量传感器误判的技术问题。
[0009]发明内容
[0010]本发明的主要目的是提供一种浮空器高度调节装置及方法，旨在提供一种结构紧凑、可靠性高且能够消除排气对排料产生气动干扰的高度控制装置。
[0011]为了实现上述目的，本发明提出浮空器高度调节装置，包括：
[0012]主体；
[0013]排料组件，其安装在所述主体的一端；
[0014]排气组件，其安装在所述主体的另一端；
[0015]航电系统，其安装在所述主体的腔室内，所述航电系统处于所述排料组件和所述排气组件之间，所述主体的腔室将所述排料组件和所述排气组件隔开，所述航电系统还电连接于所述排气组件和所述排料组件。
[0016]进一步的，所述主体的内壁安装有第二安装台；
[0017]所述第二安装台处于所述排料组件和所述排气组件之间，所述第二安装台上安装有所述航电系统。
[0018]进一步的，所述主体的两端分别安装有第一安装台和第三安装台；
[0019]所述第一安装台连接在所述主体的底端，所述第一安装台上安装有所述排料组件；
[0020]所述第三安装台连接在所述主体的顶端，所述第三安装台上安装有所述排气组件。
[0021]进一步的，所述排气组件包括：
[0022]排气管，其连接在所述第三安装台上；
[0023]升降杆，其与所述第三安装台相连，并沿着所述排气管的轴线滑动设置；
[0024]活塞，其连接在所述升降杆面向所述排气管的一端。
[0025]进一步的，所述排料组件包括：
[0026]排料齿轮，其转动连接在所述第一安装台的低位，所述排料齿轮上开设有至少一个排料孔；
[0027]驱动电机，其输出轴安装有驱动齿轮，所述驱动齿轮与所述排料齿轮相啮合；
[0028]所述第一安装台在所述排料齿轮的下方开设有至少一个出料口；
[0029]所述第一安装台在所述排料齿轮远离所述出料口的上方设置有挡料壳。
[0030]进一步的，所述第一安装台在所述排料齿轮的下方设置有沉台，所述排料齿轮容纳在所述沉台内；所述出料口开设在所述沉台上。
[0031]进一步的，所述航电系统包括：
[0032]控制器；
[0033]至少一个气压传感器，所述气压传感器与所述控制器电连接；
[0034]惯性测量单元，所述惯性测量单元与所述控制器电连接。
[0035]本申请公开了一种浮空器高度调节方法，应用于上述浮空器高度调节装置，所述调节方法包括以下步骤：
[0036]获取至少一个气压数据和加速度数据；
[0037]融合所述气压数据和所述加速度数据，以生成一个融合高度值和一个融合垂直速度值；
[0038]基于所述融合高度值和所述融合垂直速度值，对所述排气组件和所述排料组件执行互锁与优先级控制，以确保所述排气组件的排气动作与所述排料组件的排料动作不在同一预设时间窗内同时或交替执行。
[0039]进一步的，所述融合所述气压数据和所述加速度数据的步骤包括：
[0040]通过执行卡尔曼滤波算法，融合所述气压数据和所述加速度数据。
[0041]进一步的，所述执行互锁与优先级控制的步骤包括：
[0042]当判定浮空器处于下降工况时，优先执行所述排气组件的排气动作；
[0043]当判定浮空器处于上升工况时，优先执行所述排料组件的排料动作。
[0044]采用上述技术方案具有以下优点：
[0045]本申请将排气组件、排料组件和航电系统集成在同一个主体内，并利用主体的腔室将排气组件和排料组件进行物理隔离，显著缩短了航电系统到排气组件和排料组件的电缆连接，减少了布线难度、系统总重和潜在的故障点，从而提高了整个装置在恶劣环境下的可靠性。通过主体的腔室将安装在两端的排气组件和排料组件隔开，航电系统位于二者之间，形成了有效的导流和隔离结构，有效阻挡排气组件排出的气流对排料组件的直接气动干扰，避免了气流扰动压舱物的下落过程，确保了排料的计量精度不受影响，进而提高了高度控制的精确性。
[0046]本申请的方法采用至少一个气压数据和加速度数据，通过融合算法处理，相比单一气压计，能生成更稳定、噪声更低、漂移更小的融合高度值和融合垂直速度值，为控制器提供了可靠的状态输入，避免了因数据不稳导致的控制振荡。
[0047]本申请的方法通过执行互锁与优先级控制，确保排气和排料两个反向动作不在同一时间窗内执行，避免了动作相互抵消和能量浪费。同时，通过设置工况优先级，如下降工况优先排气，上升工况优先排料，使得控制逻辑清晰，响应迅速，保证了控制的稳定性。
[0048]附图说明
[0049]下面结合具体实施例和附图对本发明进行详细的说明，其中：
[0050]图1为本发明的结构图；
[0051]图2为本发明的内部结构图；
[0052]图3为本发明第一安装台和排料组件的第一视角结构图；
[0053]图4为本发明第一安装台和排料组件的第二视角结构示意图；
[0054]图5为本发明排气组件的剖面结构图；
[0055]图6为本发明的电气连接结构框图；
[0056]图7为本发明浮空器高度调节方法的流程示意图。
[0057]图中：1、主体；101、第一安装台；1011、沉台；1012、出料口；1013、驱动槽；102、第二安装台；103、第三安装台；104、外筒；2、引导伞筒；3、排气组件；301、升降杆；302、排气管；303、锁紧组件；304、活塞；4、固定组件；5、侧压块；6、排料组件；601、排料齿轮；6011、排料孔；602、挡料壳；603、驱动电机；604、驱动齿轮；7、控制器；8、气压传感器；9、惯性测量单元；10、电源与健康监测单元；1001、温度传感器；1002、电压电流传感器；11、定位与通信单元；111、GPS定位传感器；112、RSMC模块；12、数据存储单元；13、推杆电机；14、加热丝。
[0058]具体实施方式
[0059]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，以下结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。应当理解，以下具体实施例仅用以解释本发明，并不对本发明构成限制。
[0060]如图1和图2所示，一种浮空器高度调节装置，包括主体1、排料组件6、排气组件3以及航电系统；排料组件6安装在主体1的一端；排气组件3安装在主体1的另一端；航电系统安装在主体1的腔室内，航电系统处于排料组件6和排气组件3之间，主体1的腔室将排料组件6和排气组件3隔开，航电系统还电连接于排气组件3和排料组件6。
[0061]请参照图1至图4可知，在本实施例中，各部件之间均具备不同的作用效果，具体如下：
[0062]主体1为所有部件提供一个集成的安装平台，并形成物理隔离。主体1优选采用一个外筒104构成，形成一个坚固的、结构紧凑的整体。
[0063]排料组件6和排气组件3分别执行提升浮空器高度和降低浮空器高度的动作，排料组件6和排气组件3分别被安装在主体1的两端。具体地，排料组件6安装在主体1的底端；排气组件3安装在主体1的顶端，从而在空间上消除排气组件3对排料组件6的干扰，排料组件6用于排出主体1内预存的压舱物，排气组件3用于排放浮空器的气体，从而实现浮空器的高度下调。
[0064]航电系统主要用于感知、决策和控制，航电系统被安装在主体1内部的专用腔室内，该腔室位于排气组件3的下方和排料组件6的上方，该腔室除了安装航电系统以外，还用于将排气组件3和排料组件6之间相互隔开，其目的在于解决排气气流对排料组件6抛物干扰的问题。
[0065]具体地，航电系统在主体1的腔室中形成了一个物理屏障，排气组件3在上层，排料组件6在下层，航电系统在中间层，使得排气组件3排出的高速气流只能向侧下方扩散，无法向下冲击到位于主体1底端的排料组件6，从而构成了有效的导流和隔离结构，消除了排气动作对排料计量精度的气动干扰，保证了高度控制的精确性。
[0066]如图6所示，航电系统通过电缆分别电连接到排气组件3的推杆电机13和排料组件6的驱动电机603上。由于所有部件集成在同一主体1内，缩短了各部件之间的电缆长度，避免了中长距离暴露线缆带来的磨损、断裂等可靠性问题。
[0067]如图2所示，作为本申请的又一实施例，在上述实施例的基础上，主体1可以是一个框架式结构，而非全包围的外筒104，框架结构可以采用不同的截面形成，如多边形。
[0068]如图2和图6所示，航电系统安装的腔室外壳采用轻质复合材料或泡沫夹层结构，其不仅实现上下隔离，还为了实现保温，在高空环境温度极低，电子元器件难以正常工作下，在腔室配合内部的加热丝14，能确保航电系统始终处于合适的工作温度范围。
[0069]同时，主体1的腔室并非完全密闭，其为了让航电系统内部的气压传感器8能准确测量外界大气压，在腔室壁上设置有导流孔（图中未画出），导流孔仅用于缓慢平衡内外气压，以免避免形成风道。
[0070]如图2所示，主体1的内壁安装有第二安装台102；第二安装台102处于排料组件6和排气组件3之间，第二安装台102上安装有航电系统。
[0071]第二安装台102为航电系统提供一个稳固的安装基座，第二安装台102是一个水平的板状或框状结构，通过螺栓或焊接方式固定在主体1的侧壁，主体1的侧壁即上述实施例的外筒104，航电系统被固定在第二安装台102上。第二安装台102位于主体1的中间部位，并处于排料组件6和排气组件3之间，第二安装台102构成了航电舱的底部平台，并用于隔开上方的排气组件3和下方的排料组件6。
[0072]如图1和图2所示，在上述实施例基础上，主体1的外壁还安装有固定组件4、引导伞筒2以及侧压块5，固定组件4优选安装在主体1外壁的中部位置，其可以卡接在第二安装台102外壁突出的螺钉或导柱上，以提高其安装的便利性，固定组件4可以采用圆形的支架或凸出于主体1外壁的异形支架，固定组件4主要用于固定降落伞，因此异形支架仅需满足降落伞固定即可，此处不做详细限定；引导伞筒2优选安装在主体1外壁的中上部，其以竖向方向固定在主体1的外壁上，引导伞筒2内用于放置存放降落伞；侧压块5固定在主体1轴线方向的外壁上，其主要用于保证整体的结构强度，以免发生形变，引导伞筒2也可以直接安装在侧压块5上。
[0073]如图1和图2所示，主体1的两端分别安装有第一安装台101和第三安装台103；第一安装台101连接在主体1的底端，第一安装台101上安装有排料组件6；第三安装台103连接在主体1的顶端，第三安装台103上安装有排气组件3。
[0074]第一安装台101构成了主体1的底盖或底板，排料组件6被集成安装在该第一安装台101上。
[0075]第三安装台103构成了主体1的顶盖或顶板，排气组件3被固定安装在该第三安装台103上。
[0076]从而在主体1内形成顶端排气、底端排料、中间航电系统的空间布局，结构清晰，解决了气动干扰问题，同时也缩减了航电系统到排料组件6、航电系统到排气组件3的接线。
[0077]如图2和图5所示，排气组件3包括排气管302、升降杆301以及活塞304，排气管302连接在第三安装台103上；升降杆301与第三安装台103相连，并沿着排气管302的轴线滑动设置；活塞304连接在升降杆301面向排气管302的一端。
[0078]排气组件3用于排出浮空器的浮升气体以降低高度，如排出氦气，排气管302作为连接在第三安装台103上的管道，排气管302的另一端用于连接浮空器的乳胶气球球柄；其中，排气管302通过插接固定的方式，如采用锁紧组件303与第三安装台103固定，锁紧组件303可以采用卡箍、法兰等方式，其目的在于排气管302可拆卸安装在第三安装台103上，有助于后续的维护和更换。
[0079]如图2和图5所示，上述第二安装台102和第三安装台103优选呈蜂窝状，在尽可能减少用料，同时也提高安装的面积和气体的流通性。
[0080]如图2、图5和图6所示，升降杆301和活塞304的组合实现排气管302的阀门开启和关闭，当升降杆301与安装在第三安装台103上的推杆电机13相连。升降杆301可沿着排气管302的轴线滑动，在升降杆301的末端连接有一个活塞304，活塞304上可设置有密封圈。当航电系统控制推杆电机13动作时，推杆电机13带动升降杆301和活塞304移动。例如，升降杆301向下移动时，活塞304远离阀座，打开排气管302的阀口，浮升气体从排气管302的底端排出；推杆电机13带动升降杆301向上移动时，活塞304压紧阀座，封闭阀口，停止排气。采用推杆电机13驱动活塞304的方式，相比传统的电磁阀，具有更大的推力、更可靠的自锁和密封性能，尤其适用于高空低压差的环境。
[0081]除了上述之外，推杆电机13也可以替换为其余的驱动源，如伸缩气缸、伸缩电缸等方式，只需能够带动升降杆301进行上升或下降，可以通过活塞304封堵阀座或释放浮升气体即可，此处不做具体限定。
[0082]如图2至图4所示，排料组件6包括排料齿轮601和驱动电机603，排料齿轮601转动连接在第一安装台101的低位，排料齿轮601上开设有至少一个排料孔6011；驱动电机603输出轴安装有驱动齿轮604，驱动齿轮604与排料齿轮601相啮合；第一安装台101在排料齿轮601的下方开设有至少一个出料口1012；第一安装台101在排料齿轮601远离出料口1012的上方设置有挡料壳602。
[0083]排料组件6用于定量地抛撒压舱物以增加浮空器的浮力，提升浮空器的高度，压舱物优选为细小颗粒的钢砂、铅丸，其形状类似沙子。排料齿轮601作为定量的执行机构，其为一个盘状的齿轮，可旋转地安装在第一安装台101的低位，在第一安装台101的低位，可以有助于压舱物聚集在排料齿轮601处，排料孔6011用于容纳和释放单位剂量的压舱物，在排料齿轮601的盘体上，沿周向均匀或非均匀地开设有一个或多个排料孔6011。
[0084]在驱动电机603和驱动齿轮604的共同组合为排料齿轮601提供旋转动力，驱动电机603安装在第一安装台101上，其输出轴上安装有驱动齿轮604。该驱动齿轮604与排料齿轮601的外缘相啮合，优选驱动齿轮604处于第一安装台101的下方，以避开压舱物。
[0085]出料口1012是压舱物的最终出口，出料口1012在第一安装台101位于排料齿轮601旋转路径的正下方位置，在第一安装台101上开设有一个或多个与排料孔6011相对应的出料口1012，在排料齿轮601的上方设置至少一个挡料壳602，挡料壳602覆盖了排料齿轮601的部分排料孔6011，压舱物仅在非挡料壳602处填充在排料孔6011，使上方的压舱物能持续填充排料孔6011内，挡料壳602覆盖了全部的排料孔6011，通过挡料壳602防止压舱物在非排料位置泄漏。
[0086]在实际抛物过程中，压舱物存储在主体1的排料组件6所在空间，并堆积在排料齿轮601的上方。当驱动电机603启动，通过驱动齿轮604带动排料齿轮601旋转，压舱物在重力下填满未被挡料壳602覆盖的排料孔6011，排料齿轮601继续旋转，当填满压舱物的排料孔6011转到出料口1012的上方时，排料孔6011内的压舱物通过重力从对应的出料口1012下落，完成一次定量的压舱物抛撒。
[0087]通过航电系统精确控制驱动电机603的转动角度或圈数，例如通过PWM控制，可以精确控制旋转通过出料口1012的排料孔6011数量，从而实现小剂量、多次的精细抛撒调节，最大限度地节约压舱物。
[0088]如图3和图4所示，第一安装台101在排料齿轮601的下方设置有沉台1011，排料齿轮601容纳在沉台1011内；出料口1012开设在沉台1011上。
[0089]沉台1011为排料齿轮601提供了安装槽，并增强底部密封性，防止压舱物颗粒卡滞或泄漏，具体地：
[0090]在第一安装台101的底面上加工出一个与排料齿轮601的外形和厚度相匹配的凹槽，该凹槽即为沉台1011，排料齿轮601被容纳在沉台1011内，使得排料齿轮601的表面与第一安装台101的表面近乎齐平或紧密贴合，排料齿轮601在沉台1011内转动，优选第一安装台101上可以安装覆盖排料齿轮601的折边，以遮挡排料齿轮601的轮齿，以免压舱物卡入排料齿轮601的啮合区域；在沉台1011上还开设有驱动槽1013，驱动槽1013用于将驱动齿轮604紧靠并啮合在排料齿轮601上。
[0091]本实施例使排料齿轮601的旋转更平稳，同时排料齿轮601的表面与沉台1011的底面紧密贴合，能有效防止细小的压舱物颗粒从排料齿轮601的边缘泄漏或卡入排料齿轮601与第一安装台101的缝隙中，出料口1012直接开设在沉台1011的底部，确保排料孔6011转到出料口1012时，压舱物能无阻碍地顺利落下。
[0092]如图6所示，航电系统包括控制器7、至少一个气压传感器8以及惯性测量单元9，气压传感器8与控制器7电连接；惯性测量单元9与控制器7电连接。
[0093]航电系统是负责整个装置的感知、融合、决策和执行控制。其中，控制器7作为航电系统的核心处理器，其优选采用一个高性能的控制器7，例如STM32F407模块，在控制器7上运行实时操作系统，例如FreeRTOS，用于高效地调度采集、融合、控制、通信、日志等多个任务。
[0094]气压传感器8是测量外界大气压力，作为估算浮空器气压高度的主要依据。在本实施例中，为提高可靠性和精度，采用了多颗气压计，例如多颗BMP280型号的传感器，构成冗余气压测量系统。多颗气压传感器8通过I2C总线与控制器7电连接，控制器7可对多个气压数据进行均值/中值滤波和温度补偿，以有效抑制单一传感器的噪声和温漂，获得更可靠、更平滑的气压高度数据。
[0095]惯性测量单元9(IMU)是测量浮空器的三轴加速度和角速度，特别是垂直方向的加速度，主要用于动态补偿和估算垂直速度，惯性测量单元9优选采用一个IMU模块（例如MPU6050），其通过UART或SPI总线与控制器7电连接，惯性测量单元9提供的加速度数据是后续卡尔曼滤波中的预测输入，提高了高度估计的动态响应速度和垂直速度估计的稳定性，解决了垂直速度估计不稳的问题。
[0096]如图6所示，作为本实施例的又一步技术方案，航电系统还可包括电源与健康监测单元10、定位与通信单元11以及数据存储单元12，具体地：
[0097]电源与健康监测单元10包括电压电流传感器1002和温度传感器1001，电压电流传感器1002和温度传感器1001均与控制器7电连接，例如通过I2C或SPI总线连接。控制器7通过电压电流传感器1002来监测电池的电流和电压数值，以确保电池处于正常工作范围，也可通过电压电流传感器1002实时监测驱动电机603和推杆电机13的工作电流。当电流异常升高时，控制器7可判定执行机构发生卡滞或堵转，并执行自恢复策略，如反转排堵。温度传感器1001监测舱内温度，并通过控制器7来控制加热丝14启停，实现保温。
[0098]定位与通信单元11包括GPS定位传感器111和RSMC模块112，二者均与控制器7电连接，例如通过UART与控制器7电连接，RSMC模块112利用北斗卫星的L/S频段，为地区提供短报文收发、位置报告和应急搜救服务，定位与通信单元11实现位置上报和远程测控。GPS定位传感器111用于获取精确的GNSS高度，可用于辅助校准气压高度。RSMC模块112用于在地面站和浮空器之间建立双向通信链路，地面可在轨调参，浮空器可上报状态。
[0099]数据存储单元12包括SD卡或Flash存储器，通过SPI或SDIO总线与控制器7连接，其动机是实现高粒度的数据记录，控制器7内的日志任务将原始传感器数据、融合后的状态数据以及控制指令等写入存储单元，用于任务后的数据分析和算法迭代。
[0100]如图6和图7所示，一种浮空器高度调节方法，应用于上述浮空器高度调节装置，调节方法包括以下步骤：
[0101]获取至少一个气压数据和加速度数据；融合气压数据和加速度数据，以生成一个融合高度值和一个融合垂直速度值；基于融合高度值和融合垂直速度值，对排气组件3和排料组件6执行互锁与优先级控制，以确保排气组件3的排气动作与排料组件6的排料动作不在同一预设时间窗内同时或交替执行。
[0102]本实施例描述了高度调节的完整工作流程，如图6所示的航电系统中执行。
[0103]步骤S1：获取至少一个气压数据和加速度数据。
[0104]首先收集浮空器状态感知的原始输入，控制器7通过I2C总线轮询航电系统内的多颗气压传感器8，获取冗余的气压原始数据；同时通过UART实时读取惯性测量单元9的垂直方向加速度数据。
[0105]在获取气压数据和加速度数据后，即在步骤S1之后，先执行一个预处理步骤，对多组气压数据进行中值滤波以剔除异常值，再进行IIR滤波以平滑噪声，并根据温度传感器1001数据进行温度补偿，最后按标准大气模型换算为气压高度。同时，对惯性测量单元9的加速度数据按时间戳对齐。
[0106]步骤S2：融合气压数据和加速度数据，以生成一个融合高度值和一个融合垂直速度值。
[0107]其实现方式是执行一个融合算法，具体参见下述实施例的方式。其用于生成一个高稳定性、高动态响应的融合高度值和融合垂直速度值，融合高度值和融合垂直速度值是后续控制决策的唯一依据，避免了因传感器数据跳变导致的控制振荡。
[0108]步骤S3：基于融合高度值和融合垂直速度值，对排气组件3和排料组件6执行互锁与优先级控制。
[0109]其实现方式是控制器7内的执行任务，例如运行在FreeRTOS上的一个状态机，FreeRTOS为控制器7的一个普通任务，其具备状态变量，并能够通过优先级来抢占控制器7，本申请首先根据目标高度与步骤S2生成的融合高度值和融合垂直速度值，计算高度误差和垂直速度，判定当前工况。
[0110]控制器7采用互斥令牌或定时器机制，一旦排气组件3或排料组件6中任何一个被触发执行，系统立即获取执行令牌并设置一个互锁时间窗，例如预设为数秒，在此时间窗内，确保了排气动作和排料动作不会同时或在极短时间内交替执行，避免了能量不对消和控制振荡。
[0111]作为本申请又一实施例，在步骤S1获取数据中，还包括通过UART获取GPS定位传感器111的数据，提取GNSS高度值。
[0112]在步骤S2融合数据中，其实现方式是，在卡尔曼滤波算法中，将GNSS高度作为辅助量测，例如，低频校准源引入。气压高度短期稳定且动态响应好，但长期受天气系统影响会产生漂移；而GNSS高度长期准确，但短期噪声较大。将GNSS高度作为低频辅助量测，可以持续校正气压高度的长期漂移，使得融合高度值兼具短时稳定性和长时准确性。
[0113]步骤S2的融合气压数据和加速度数据包括：通过执行卡尔曼滤波算法，融合气压数据和加速度数据。
[0114]卡尔曼滤波器在存在噪声的情况下，融合多源传感器数据以估计系统状态的一种最优估计算法，控制器7中的融合任务维护一个卡尔曼滤波器，其状态向量x至少包含高度h和垂直速度v。
[0115]状态预测阶段：其利用高动态的IMU数据快速更新状态，以IMU的加速度计数据（减去重力加速度g后）作为预测模型的输入u。控制器7根据物理模型预测出当前时刻的先验估计值。
[0116]利用稳定的气压计数据校正漂移，以预处理后的气压高度作为量测值z。
[0117]融合：滤波器根据预测的先验值和量测值z之间的差异，以及两个来源的噪声协方差，即预测噪声Q和量测噪声R，自动计算卡尔曼增益k，并生成最优的后验估计值，即最终输出的融合高度值和融合垂直速度值。利用IMU加速度计的高动态响应特性补偿了气压计的延迟和噪声，同时利用气压计的稳定性校正了加速度计积分带来的固有漂移。最终输出的高度和垂直速度估计值，相比单一传感器，具有极高的稳定性和精度，为后续的控制器7提供了可靠的输入，避免了过冲和振荡。
[0118]步骤S3的执行互锁与优先级控制包括：当判定浮空器处于下降工况时，优先执行排气组件3的排气动作；当判定浮空器处于上升工况时，优先执行排料组件6的排料动作。
[0119]下降工况是浮空器需要降低高度，例如当前融合高度值高于目标高度值，且超出了预设的控制死区，当控制器7判定浮空器处于下降工况时，优先触发排气组件3执行排气动作，例如，控制推杆电机13打开阀门一定时间。
[0120]上升工况是浮空器需要提升高度，例如当前融合高度值低于目标高度值，且超出了死区，当判定浮空器处于上升工况时，优先触发排料组件6执行排料动作，例如，控制驱动电机603转动一定角度，抛撒一单位剂量的压舱物，确保了控制动作的方向正确性，共同构成了双通道互锁与优先级约束的控制律，实现了能量不对消、响应快、过冲小的稳定控制。
[0121]在上述实施例的基础上，还可实施更精细的控制策略：
[0122]如图6所示，当判定处于上升工况时，优先执行排料动作，但该排料动作被限定为小剂量、多次抛物，控制器7通过PWM精确控制驱动电机603的转动角度，使其每次只抛撒一个单位的最小剂量，在本次抛撒完成且互锁时间窗结束后，控制器7重新评估状态，若仍处于上升工况，则再执行一次小剂量抛撒。以小剂量抛洒的方式逐渐接近目标高度，最大限度地节约了压舱物资源，避免了单次抛洒过多导致的严重过冲。
[0123]控制器7还可以对排料组件6和排气组件3均设置配额管理，例如，设置排气阀门单次开启的最长时长、两次排气的最小间隔；以及设置抛物总量的配额。当达到配额上限时，即使满足工况条件，控制器7也禁止相应动作，并上报事件，确保了执行机构的安全运行，并为全局规划提供了资源消耗的依据。
[0124]以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
