基于数字式红外传感器的姿态测量盲区补偿法.pdf

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1、2014年第33卷第1期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)15基于数字式红外传感器的姿态测量盲区补偿法王佳，李健(内蒙古工业大学机电控制重点实验室，内蒙古呼和浩特010051)摘要：单轴红外姿态测量系统在测量小型无人机姿态角时存在盲区，通过增加一组与原轴线相垂直的红外传感器，形成双轴姿态测量系统，对盲区进行补偿。两组红外传感器一定有一组位于倾角可测区域，通过测试目标轴的输出温差的大小，判断位于可测区域的轴线，可实现对目标轴姿态角的解算。首次采用数字式输出红外热电堆传感器设计实现了1

2、80。无盲区的姿态角测量模块，经过测试，其静态误差小于2。。关键词：小型无人机；盲区；姿态测量；数字式红外传感器中图分类号：TP211文献标识码：A文章编号：1000-9787(2014)01--0015--03DeadzonecompensationmethodforattitudemeasurementbasedondigitalIRsensor．WANGJia，LIJian(KeyLaboratoryforElectromechanicalControl，InnerMongouaUniversityofTechnology，Hoh

3、hot010051，China)Abstract：Single—axisinfraredattitudemeasurementsystemhasdeadzonewhenusinginSUAV．ThroughaddinganotherpairofIRsensorwhichverticaltooriginalaxiscancompensatethedeadzone．TheremustbeapairofIRsensorinthemeasurablearea，andthroughmeasuringoutputtemperaturediffere

4、nceofobjectiveaxistodecidewhichaxisisinmeasurableareaandthentocalculatetheattitudeangleofobjectiveaxis．UsedigitalIRthermopiledesignandrealizetheattitudeanglemeasurementmodulewithoutdeadzonein180。atfirsttime，andthroughtesting，thestaticstateerrorofsystemislessthan2。．Keywor

5、ds：smallunmannedaerialvehicle(SUAV)；deadzone；attitudemeasurement；digitalIRsensor0引言知这一差异J。本文设计采用基于“塞贝克效应”的数字姿态测量系统是小型无人机飞控系统的重要组成部式热电堆红外传感器，该传感器通过其圆锥形视窗探测天分，它为小型无人机实现自主导航提供了可能。传统飞行空和地面等环境辐射为5．5～14p．m波长的红外线能量，输器通常使用MEMS惯性器件实现姿态测量，但MEMS器件出一个相应的温度值。自身结构存在精度较低、漂移严重的缺点，特别是当小型

6、无在同轴的相反方向安装2只完全相同的红外传感器，人机在飞行过程中出现附加加速度时，姿态解算变得相当飞行器处于水平状态时，2只红外传感器的圆锥形视场内复杂。朝向天空和朝向大地的区域相等，此时两传感器输出温度根据天空与大地热容量的差异，采用一对红外传感器差为0；而当飞行器发生倾斜时，偏向大地的红外传感器输通过感知这种热容量差异获取载体倾角是一种绝对姿态测出温度大于偏向天空的传感器输出温度，二者产生一个不量方法n]，该方法不存在累计误差，电路设计简单，且体为0的温差，温差随着倾斜角的变化而变化，它反映了载体积小，质量轻，适用于小型飞行器。但由

7、于红外温度传的倾斜程度，则可根据2只传感器输出温差的大小来获得感器自身结构限制，采用单轴红外传感器测量姿态角时存此时载体的姿态角，原理如图1所示。在测量盲区，针对这一问题，本文设计实现了两轴红外姿态2单轴红外姿态测量盲区测量系统，补偿单轴系统存在的盲区。根据上述原理，采用MLX90615数字式输出红外传感1基于红外辐射的姿态测量原理器设计实现单轴红外姿态测量模块，如图2所示。该传感天空与大地热容量存在差异，天空温度远低于大地的器视场角为100。，内部集成DSP，可通过SMBus方式输出温度，红外传感器能够探测天空与大地的红外辐射量，并感

8、温度值。收稿日期：2013-05-23第1期王佳，等：基于数字式红外传感器的姿态测量盲区补偿法17由于轴与l，轴相互垂直，则在I，轴的可测区域通过对比4种条件下的设定角度值与双轴姿态测量模块根如加m。珈枷一