商用无人机的飞行感知技术解析.doc

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1、商用无人机的飞行感知技术解析　　无人机的飞行感知技术主要用作两个用途，其一是提供给飞行控制系统，由于飞行控制系统的主要功能是控制飞机达到期望姿态和空间位置，所以这部分的感知技术主要测量飞机运动状态相关的物理量，涉及的模块包括陀螺仪、加速度计、磁罗盘、气压计、GNSS模块以及光流模块等。另一个用途是提供给无人机的自主导航系统，也就是路径和避障规划系统，所以需要感知周围环境状态，比如障碍物的位置，相关的模块包括测距模块以及物体检测、追踪模块等。　　机体运动状态感知　　陀螺仪　　目前商用无人机普遍使用的是

2、MEMS技术的陀螺仪，因为它的体积小，价格便宜，可以封装为IC的形式。MEMS式陀螺仪常用来测量机体绕自身轴旋转的角速率，常用的型号有6050A（Invensense），ADXRS290（ADI），衡量陀螺仪性能的指标包括测量范围（量程）、灵敏度、稳定性（漂移）以及信噪比等。　　商用无人机的飞行感知技术解析　　无人机的飞行感知技术主要用作两个用途，其一是提供给飞行控制系统，由于飞行控制系统的主要功能是控制飞机达到期望姿态和空间位置，所以这部分的感知技术主要测量飞机运动状态相关的物理量，涉及的模块包括

3、陀螺仪、加速度计、磁罗盘、气压计、GNSS模块以及光流模块等。另一个用途是提供给无人机的自主导航系统，也就是路径和避障规划系统，所以需要感知周围环境状态，比如障碍物的位置，相关的模块包括测距模块以及物体检测、追踪模块等。　　机体运动状态感知　　陀螺仪　　目前商用无人机普遍使用的是MEMS技术的陀螺仪，因为它的体积小，价格便宜，可以封装为IC的形式。MEMS式陀螺仪常用来测量机体绕自身轴旋转的角速率，常用的型号有6050A（Invensense），ADXRS290（ADI），衡量陀螺仪性能的指标包括测

4、量范围（量程）、灵敏度、稳定性（漂移）以及信噪比等。　　商用无人机的飞行感知技术解析　　无人机的飞行感知技术主要用作两个用途，其一是提供给飞行控制系统，由于飞行控制系统的主要功能是控制飞机达到期望姿态和空间位置，所以这部分的感知技术主要测量飞机运动状态相关的物理量，涉及的模块包括陀螺仪、加速度计、磁罗盘、气压计、GNSS模块以及光流模块等。另一个用途是提供给无人机的自主导航系统，也就是路径和避障规划系统，所以需要感知周围环境状态，比如障碍物的位置，相关的模块包括测距模块以及物体检测、追踪模块等。　　

5、机体运动状态感知　　陀螺仪　　目前商用无人机普遍使用的是MEMS技术的陀螺仪，因为它的体积小，价格便宜，可以封装为IC的形式。MEMS式陀螺仪常用来测量机体绕自身轴旋转的角速率，常用的型号有6050A（Invensense），ADXRS290（ADI），衡量陀螺仪性能的指标包括测量范围（量程）、灵敏度、稳定性（漂移）以及信噪比等。　　　　上面是一个陀螺仪温度漂移测试结果图，测试的环境是从25℃升温至50℃，整个过程保持陀螺仪静止不动，陀螺仪的准确输出应该是一个固定的数值。但从结果来看，两款传感器的实

6、际输出都受到温度变化影响。相比而言，ADXRS290（ADI）的输出数值变化幅度较小，基本上在0.5左右。　　加速度计　　加速度计测量的是机体运动的线加速度，但由于地球引力，测量值中还会包含重力加速度分量，在某些使用情况下需要把这部分减去。常用的MEMS加速度计传感器型号有6050A（Invensense）和ADXL350（ADI）。部分传感器生产商为了提高芯片集成度，会将陀螺仪和加速度计封装在一起，称为六轴传感器，例如6050A（Invensense）。　　磁罗盘　　磁罗盘测量的物理量是地球磁场强

7、度沿机体轴的分量，并依此计算出机体的航向角。常用的MEMS磁罗盘传感器型号有HMC5983L（Honeywell）和QMC5883L（矽睿），两者性能相近，其中前者目前已经停产。磁罗盘主要的性能参数包括灵敏度、稳定性（漂移）等。　　气压计　　气压计测量的物理量是大气压值，根据该数值可计算出绝对海拔高度。常用的气压计传感器型号包括MS5611（MEAS）、MS5607（MEAS）以及BMP180（Bosch）。气压计在使用过程中存在的问题是，在近地面飞行时，“地面效应”的存在会导致飞机周围气体的气压分

8、布与静止状态下的大气不同，使得无法用气压计来测算出高度。通常的解决办法是在起飞或降落时使用其他传感器，比如超声波传感器或激光测距仪。　　GNSS模块　　GNSS模块测量的物理量相对比较丰富，主要包括地理坐标（经纬度）、海拔高度、线速度以及航向角（RTK系统）。常用的GNSS模块生产商包括瑞士的U-BLOX和加拿大的NOVATEL。在使用GNSS模块时，卫星信号接收天线的放置需要要注意电磁干扰的屏蔽，部分有实力的整机生产厂商会根据飞机型号专门定制卫星信号接收天线。　　光