1.一种针对降雨干扰的四旋翼无人机分层抗干扰控制方法，其特征在于，包括如下步骤：第一步，建立针对不同降雨强度的雨水冲击载荷模型，包括：针对降雨终速、雨滴谱与降雨强度的关系，结合雨滴运动特点，构建以下雨水冲击载荷模型：（1） 假定降雨强度R，单位为mm/h；（2） 计算雨滴谱，即单位体积空气中雨滴的数量随雨滴大小的分布，即M-P分布N(D)： ，其中， 个/m 3 /mm， 为斜率因子， ，D表示雨滴直径，单位为mm；（3）计算不同直径大小雨滴的终速 ： ，（4）计算每一直径雨滴的单滴冲击力 ： ，其中， 为雨滴密度， 表示降雨速度；（5）计算单位体积空气内所有雨滴冲击至平面产生的冲击力 ： ，（6）计算单位体积空气内雨滴的平均速度 ： ，雨滴的直径大小为0-2.5mm；（7） 计算单位时间内雨滴的冲击力，进而计算雨滴的冲击载荷，需要计算单位时间内的冲击体积流量 ： ，其中，S表示等效受冲击平面的面积，取无人机的水平投影面积；（8）计算单位时间内既定受冲击面所受冲击力 ： ，（9）计算在某一时刻既定受冲击面所受冲击载荷 ： ，（10）由不同降雨强度与其冲击载荷的对应关系，通过函数拟合得到取决于降雨强度的冲击载荷函数；第二步，根据降雨冲击载荷模型建立基于无人机的降雨动力学模型，包括：已知四旋翼无人机动力学方程为： ，其中， 为机体坐标系， 为地理坐标系；m为无人机质量， 表示地理坐标系下无人机速度的一阶导数， 表示重力加速度， 表示由无人机机体坐标系坐标转化为地理坐标系坐标所需的旋转矩阵， 表示无人机在机体坐标系下产生的推力， 表示机体坐标系下的无人机角速度， 为 的一阶导数； 为无人机转动惯量， 为控制力矩；在地理坐标系下，令 表示四旋翼无人机飞行速度， 表示 在 平面投影，其与 方向夹角为 ， 表示 在 平面的投影，其与 方向夹角为 ； 平面垂直于 ；在无人机飞行速度影响下，降雨自然条件下平均速度 对于无人机的相对速度分解为 方向的速度 和垂直于 方向的速度 ： ， ，由基于无人机的降雨干扰模型得到雨水在 平面与 平面的冲击载荷分别与 、 有关，则定义冲击载荷因子 、 ，得在考虑无人机飞行速度时降雨冲击载荷 与无人机悬停时冲击载荷的关系： ， ，其中， 表示降雨在 平面的冲击载荷， 表示降雨在 平面的冲击载荷， 为无人机悬停时的冲击载荷；无人机在以 速度飞行时，假设滚转角为 ，俯仰角为 ，得到无人机在飞行时所受到的降雨冲击力： ， ，其中， 表示无人机在垂直于 平面方向受到的冲击力， 表示无人机在垂直于 平面方向受到的冲击力， 表示无人机的水平投影面积；由此，得到考虑无人机受到降雨冲击影响的无人机的降雨动力学模型： ，其中， ， ， 分别表示无人机在地理坐标系下三轴方向位置信息的二阶导数， ， ， 分别表示无人机的三个欧拉角；第三步，根据微分平坦方法生成无人机能够实现的平滑轨迹，包括：期望机体坐标系的z轴表示为： ,其中 表示欧几里得范数；借助与 相关的中间单位向量 ，得到其它两个轴的表示： ，其中， 表示期望的偏航角， 与 分别表示 与 ， ， ， 分别表示无人机期望机体坐标系的 ， ， 轴在地理坐标系下的表示， 表示地理坐标系的 轴旋转 角度后的表示；由于 ,因此得到期望的欧拉角： ，其中， 表示期望的机体坐标系三轴坐标， 为期望的旋转矩阵， 代表 的 个元素， 与 分别表示期望的滚转角与俯仰角；第四步，根据建立的降雨动力学模型设计位置环与姿态环干扰观测器；第五步，基于观测出的干扰值设计滑模控制律抑制扰动。
2.根据权利要求1所述的一种针对降雨干扰的四旋翼无人机分层抗干扰控制方法，其特征在于，所述第四步包括：首先进行位置环干扰观测器的设计，借助辅助变量 ，设计观测器增益矩阵 ，即生成以 为对角线元素的3×3方阵： ，其中， 表示与 有关的地理坐标系下的加速度， 表示地理坐标系下无人机位置的一阶导数， ， 表示观测器估计的干扰值， 为在地理坐标系下的期望升力， 为 的一阶导数，并且 ；其次进行姿态环干扰观测器的设计，借助辅助变量 ，设计观测器增益矩阵 ，即生成以 为对角线元素的3×3方阵： ，其中， 表示机体角速度， 表示 的一阶导数， 表示无人机转动惯量， 表示期望力矩， 表示干扰力矩， 表示观测器估计的干扰力矩值， 表示 的一阶导数。
3.根据权利要求2所述的一种针对降雨干扰的四旋翼无人机分层抗干扰控制方法，其特征在于，所述第五步包括：进行滑模控制律设计，分为位置环和姿态环两部分：对 轴控制律进行设计并对干扰进行补偿，首先给出 轴方向动力学方程： ，其中， 表示无人机位置 的二阶导数， 为控制输入期望加速度， 为干扰力；定义位置误差量 ，设计滑模面 ，并且采用指数趋近律 ，得到 轴方向的运动学控制律： ，其中， 与 分别表示地理坐标系下的期望 轴位置与实际位置， 均为设计参数，sgn表示符号函数，上标 表示一阶导数，上标 表示二阶导数；选取Lyapunov函数 ，其中s为函数符号，证明只需满足 即满足位置环的稳定： ，其中，上标 表示一阶导数；由上式得到，当 成立时， 恒成立，无人机位置环控制系统稳定；对旋转运动进行滑模控制律设计，定义 ，其中 表示机体坐标系相对与地理坐标系旋转角度， 为其三个元素， ，其中 为 一阶导数， 为 的三个元素，则将原动力学方程 转化为如下形式： ，其中， ，表示第 个元素， ， ， ， ， 表示无人机的三个转动惯量， 表示力矩 的三个分量， 表示 的三个分量， 表示地理坐标系下的无人机角速度，diag表示生成对角线矩阵，上标 表示一阶导数，上标 表示二阶导数；定义 ，其中 表示欧拉角的三个元素， 为期望欧拉角的三个元素，设计滑模面 ，其中 ， 表示 的一阶导数，并且采用指数趋近律 ，得到旋转运动的控制律： ，其中， 表示期望角度 的二阶导数， 表示 的第i个元素；选取Lyapunov函数 ，证明只需满足 即满足姿态环的稳定；滑模控制律消除颤振现象采用 替换为 的方法，其中： ，其中，k为所需设计的参数。
