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龙图腾网获悉中国人民解放军空军航空大学申请的专利基于几何姿态转换算法的水空两栖四旋翼无人机控制方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN116088545B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-07-29发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202211631936.5，技术领域涉及：G05D1/495；该发明授权基于几何姿态转换算法的水空两栖四旋翼无人机控制方法是由马宗成;邓俊;李国帅;陈丹强;高重阳;赵添设计研发完成，并于2022-12-19向国家知识产权局提交的专利申请。

本基于几何姿态转换算法的水空两栖四旋翼无人机控制方法在说明书摘要公布了：本发明提供了基于几何姿态转换算法的水空两栖四旋翼无人机控制方法，包括外位置环、几何姿态转换算法和内姿态环。外位置环根据期望跟踪轨迹机体当前位置ξ1和当前速度vI，计算出机体期望推力值Td和期望推力方向nd。几何姿态转换算法根据机体当前推力方向n、当前姿态q、期望推力方向nd计算得到期望姿态qd。内姿态环根据机体当前角速度v2、当前姿态q、期望姿态qd解算得到期望力矩τ2。期望推力值Td和期望力矩τ2再输出给水空两栖四旋翼无人机的电机。该方法能够克服水中浮力对两栖四旋翼无人机受力状态和运动状态的影响，不需要切换控制结构、只需更改控制参数就能实现空中和水中运动的轨迹跟踪。

本发明授权基于几何姿态转换算法的水空两栖四旋翼无人机控制方法在权利要求书中公布了：1.一种基于几何姿态转换算法的水空两栖四旋翼无人机控制方法，其特征在于：采用的控制结构包括外位置环、几何姿态转换算法和内姿态环，所述外位置环实现位置跟踪，根据期望轨迹的位置点信息、机体当前位置ξ1和当前速度vI，计算出机体跟踪期望轨迹的期望推力值Td和期望推力方向nd； 所述几何姿态转换算法能够克服机体在空中、水中受力状态和运动形式差异影响，根据机体当前推力方向n、当前姿态q、期望推力方向nd处理得到期望姿态qd，不需要切换控制结构就能实现水空两栖四旋翼无人机空中水中的运动控制； 所述几何姿态转换算法是基于四元数坐标转换和旋转轴角坐标转换方法提出的，具体步骤如下： 步骤3.1：计算第一次旋转q1 由n到nd的旋转轴角转换方法可知，旋转轴角可以定义为矢量轴u和旋转角度β，分别由如下公式计算得到： β＝atan2u·n×nd,n·nd 由旋转轴角定义单位四元数q1 q1表示当前推力方向n到期望推力方向nd的旋转，有 式中，表示四元数乘法； 步骤3.2：计算过渡姿态q′d 根据单位四元数乘法的定义，得到基于单位四元数的过渡姿态q′d为 经过一次旋转，当前推力方向n沿路径l1由到达期望推力方向nd，这条路径比任何其它连接两个矢量终点的路径都要短，沿路径l1也就是当前姿态q到过渡姿态q′d的最短路径；过渡姿态q′d能够保证期望的推力方向nd，但机体偏航角不一定为0，还需要绕期望推力方向再旋转一次，保证机体偏航角趋近于0； 步骤3.3：计算第二次旋转q2 由q′d可以获取相应的旋转矩阵Rdq′d，令nbxnbz为q′d对应的体坐标系的OXB轴和OZB轴的单位向量，则有nbx＝Rdq′de1、nbz＝nd＝Rdq′de3；若将q′d对应的体坐标系的OXB轴绕OZB轴旋转到惯性坐标系的XEOEZE平面内，则能够保证偏航角为0；令XEOEZE平面内OX′B为OXB轴旋转所得到的，则OX′B垂直于OZB轴，继而可以获得OX′B轴方向的单位向量n′bx；因而，为保证偏航角趋近于0，需要绕nd旋转β′＝atan2nbz·nbx×n′bx,nbx·n′bx，有 q2表示nbx到n′bx的旋转，有 步骤3.4：计算期望姿态qd 因而，同时保证期望推力方向nd和期望偏航角为0的期望姿态qd为

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