無人機姿態檢測概述

來源:用戶上傳      作者:

　　摘 要：隨著科學技術的發展與創新無人機越來越大眾化，無人機的應用范圍更加廣泛。本文結合時代背景分析了無人機的特點以及未來無人機市場的發展趨勢，概述姿態檢測的方式以及其對于無人機安全飛行的重要性。結合技術發展的外界因素以及應用領域對氣壓計做了具體的分析，介紹了氣壓計的特點以及實際應用時的軟硬件設計并指出了可以改進的措施。
　　關鍵詞：無人機;姿態檢測;氣壓計
　　DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.16.126
　　 隨著時代的發展，無人機在世界各國興起，其使用方便，結構簡單，安全穩定的優勢很快使其成為研究的熱點。無人機通過傳感器感知周邊參數的變化，通過控制器的運算不斷做出決策來改變自身姿態，從而安全穩定的飛行。而在這些傳感器中，氣壓計又顯得十分重要。
　　1 無人機發展趨勢以及姿態傳感器
　　 無人機的應用領域可分為軍用、民用和消費三大種類，這三大種類對于無人機的傳感器要求有所不同，軍用無人機要求更高的靈敏度，精確的速度與高度還有智能化的控制設備。而民用無人機相比而言要求低很多，速度，高度，行程的精確性與要求都相對較低，傳感器也無太高要求。消費級無人機一般用來娛樂和航拍，成本一般不是很高，采用多旋翼。
　　 無人機的各項技術向平民化發展，無人機產業化的趨勢已經普及。中國的無人機技術起步得比較早，一直在進步和發展，在城市的空中經常可以看到無人機的身影。國外已經有用無人機進行快遞的發放等業務。這些應用都離不開無人機的姿態傳感器。無人機雖然已經普及，但是其控制技術仍然存在難點。飛控系統是無人機很重要的一部分，要求很高的精確度，而為了更加穩定的飛行，那么少不了傳感器發揮的作用。飛控子系統是無人機的核心系統，一般包括傳感器、機載計算機和伺服作動設備三大部分，實現的功能主要有無人機姿態穩定和控制、無人機任務設備管理和應急控制三大類。同時硬件產業鏈日趨成熟、硬件成本的下降為無人機技術的進一步普及創造了機會。近幾年來無人機市場的興起與成本的降低和技術的成熟有著很大的關系。6軸、9軸的慣性傳感器也逐漸取代了單個傳感器，成本和功耗進一步降低。另外GPS芯片僅重0.3克，價格不到5美元。
　　2 氣壓計
　　 氣壓計是根據托里拆利的實驗原理制成的，用來測量大氣壓強的儀器。在無人機中，氣壓計測高是利用大氣壓力來表示飛行高度的傳感器。高度是無人機飛行最基本的參數，是安全飛行，順利完成各項任務的基礎。此外對于高度測量準確對節約能耗，充分發揮無人機功能，飛行平穩行也有很大的意義。傳統的氣壓高度計并不能很好的應用于無人機，一是因為體積大，機構十分復雜，二是因為測量的精度達不到我們的要求。但隨著測量技術的不斷發展，半導體集成電路和壓阻式氣壓傳感器可以高度集成，具備接口簡單、體積小、穩定性高、動態響應快、精度和靈敏度高等優點，這些都將大大提高系統的綜合性能，簡化系統的結構。
　　 氣壓計特點：
　　 （1）體積小并且便于安裝;（2）測量的準確度高;（3）實時性高;（4）測量范圍廣。
　　 因為傳感器發出來的是模擬信號，為了避免數字信號的干擾，我們用濾波電路進行改良，經過濾波后的信號再通過調幅，可以得到我們需要的標準信號。此外，由于存在不同程度的噪聲干擾，我們需要考慮氣壓計輸出信號的精度問題，將經過濾波，調幅后的電信號和一個標準電壓信號經過儀用信號放大器進行差分放大，再送入微控制器進行處理，擴大了信號的范圍并且提高了系統的靈敏度。同時無人機姿態傳感器的氣壓計有儀器優勢，其運行時能耗很低，減少了溫漂，儀器內部的精密程度讓使用者很滿意。除此之外，儀用放大器內部擁有專用的濾波器，可以很大程度上消除噪聲。
　　 其軟件設計也很有價值：
　　 AD轉換：AD轉換可以對采集到的信息進行初步的處理并篩選。
　　 數據處理：對采集到的數據進行濾波，限幅等操作以獲得我們需要的信號。
　　 程序監視：為了保證系統的穩定性以及運行狀態，我們需要有遠程程序監控的功能來實現無人機的安全工作。
　　3 結束語
　　 隨著時代的發展無人機必定會更加大眾化，日后會走進家家戶戶。其姿態傳感器的發展與進步也會帶來更大的效益與成果。雖然現階段姿態傳感器仍然存在精度與實時性低等問題，但通過不斷創新，傳感器必會不斷完善并走向成熟。
　　參考文獻：
　　[1]茹濱超，鮮斌，宋英麟，曹美會.基于氣壓傳感器的無人機高度測量系統[J].中南大學學報，2013，7，44（02）.
　　[2]無人機上的傳感器[J/OL].全球無人機網.
　　[3]無人機飛行控制技術中常用的傳感器[J/OL].北微傳感.
　　作者簡介：郭家泰（1997-），男，河北人，本科，研究方向：自動控制。
轉載注明來源:http://www.hailuomaifang.com/1/view-14927108.htm