随着我国科技的发展,无人机的发展应用前景日益广阔。无人机在使用时要发挥应有的作用,必须通过先进技术设备自主测控飞机姿态和航向,以保证飞行平稳、航向正确,其中姿态与航向测量技术及其装备可靠性研究是重要的前提和基础。

惯性测量单元不能提供准确可靠姿态数据
无人机姿态与航向测量中有一种惯性测量系统。惯性测量单元是组成惯性测量系统的基本单元,也可以单独作用于运动物体上,进行方位与姿态的测量。
惯性测量单元主要应用于物体方位与姿态控制的设备上,目前用于飞行器这类设备上更多。一般来说,惯性测量单元采用MEMS加速度计和陀螺仪,主要通过各种补偿与提高仪器可靠性来消除误差,通过算法保证测量精度,以密封设计与严格的生产工艺,保证产品在恶劣环境下仍能精密测量载体的角速度、加速度和姿态等运动参数。
目前常用的基于MEMS器件的航向姿态测量方法,其步骤包括:建立数学模型;分别建立MEMS陀螺仪和加速度计的误差模型;建立状态方程和量测方程,得到系统误差模型的系数;进行姿态解算,最终得出载体的实时姿态角。该方法运用的惯性测量单元仅提供传感器数据,并且存在比较大的零漂,而无法提供准确可靠的姿态数据。

姿态与航向测量系统采用多传感器数据融合进行航姿解算
姿态与航向测量系统包括基于MEMS的三轴陀螺仪,加速度计和磁力计。目前常用的姿态与航向测量系统内部采用多传感器数据融合进行航姿解算。
姿态与航向测量系统是以陀螺磁罗盘为基础发展起来的方位控制系统。现代姿态与航向测量系统包含磁传感器、模拟电路、A/D转换器和单片机等部分。在应用过程中,若以地磁场为基础,则磁传感器会对飞机纵轴、横轴和竖轴上的分量进行测量;然后在模拟电路和A/D转换的作用下,使得转换后的数据单元进入单片机;同时在飞机俯仰角、倾斜角、地磁场水平分量和磁倾角的控制下,人们即可通过公式的应用,实现航向的有效计算。

国创智能微磁基础传感器和陀螺仪以及加速度计
复合姿态与航向测量系统
姿态与航向测量事故在无人机飞行过程中常有发生。避免此类故障发生,需要精准高效的姿态与航向测量系统。随着微惯性传感器及其组合测量单元的应用越来越普及,微机械陀螺测量姿态存在因随机漂移产生的累积误差、采用加速度计测量姿态受运动加速度的影响。因此飞行器在传统惯导系统中需要升级改造,最佳方案就是复合微磁基础传感器作航向调整,这是保证高精度导航的发展趋势。
飞行器搭载高精度、高灵敏度的国创智能微磁基础传感器,对地磁场的三分量进行实时测量,可以实现实时磁航向计算。因为空间每一位置的地球磁场矢量都可以从地球磁场模型中确定,所以利用飞行载体上安装的国创智能三分量巨磁阻抗磁力仪测量出地磁矢量在载体坐标系中的投影,从而可以确定出运载体的航向。基于此原理,姿态与航向测量系统主要由国创智能三分量微磁基础传感器阵列、陀螺仪和加速度计复合组成,具有精准高效姿态测量和航向测量的功能。该系统体积小、功耗低、响应速度快,便于装备使用。
无人机等飞行载体日益广泛地应用在生产、服务领域,保障无人机等飞行载体的飞行安全十分重要。其中姿态与航向测量技术设备成为极其重要的保障手段。国创智能产业化的高精度微磁基础传感器应用在无人机等飞行载体的姿态与航向测量领域,将促进无人机等飞行载体服务经济社会建设,产生良好社会经济效益。