无人机姿态检测概述

郭家泰

摘 要：随着科学技术的发展与创新无人机越来越大众化，无人机的应用范围更加广泛。本文结合时代背景分析了无人机的特点以及未来无人机市场的发展趋势，概述姿态检测的方式以及其对于无人机安全飞行的重要性。结合技术发展的外界因素以及应用领域对气压计做了具体的分析，介绍了气压计的特点以及实际应用时的软硬件设计并指出了可以改进的措施。

关键词：无人机;姿态检测;气压计

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.16.126

随着时代的发展，无人机在世界各国兴起，其使用方便，结构简单，安全稳定的优势很快使其成为研究的热点。无人机通过传感器感知周边参数的变化，通过控制器的运算不断做出决策来改变自身姿态，从而安全稳定的飞行。而在这些传感器中，气压计又显得十分重要。

1 无人机发展趋势以及姿态传感器

无人机的应用领域可分为军用、民用和消费三大种类，这三大种类对于无人机的传感器要求有所不同，军用无人机要求更高的灵敏度，精确的速度与高度还有智能化的控制设备。而民用无人机相比而言要求低很多，速度，高度，行程的精确性与要求都相对较低，传感器也无太高要求。消费级无人机一般用来娱乐和航拍，成本一般不是很高，采用多旋翼。

无人机的各项技术向平民化发展，无人机产业化的趋势已经普及。中国的无人机技术起步得比较早，一直在进步和发展，在城市的空中经常可以看到无人机的身影。国外已经有用无人机进行快递的发放等业务。这些应用都离不开无人机的姿态传感器。无人机虽然已经普及，但是其控制技术仍然存在难点。飞控系统是无人机很重要的一部分，要求很高的精确度，而为了更加稳定的飞行，那么少不了传感器发挥的作用。飞控子系统是无人机的核心系统，一般包括传感器、机载计算机和伺服作动设备三大部分，实现的功能主要有无人机姿态稳定和控制、无人机任务设备管理和应急控制三大类。同时硬件产业链日趋成熟、硬件成本的下降为无人机技术的进一步普及创造了机会。近几年来无人机市场的兴起与成本的降低和技术的成熟有着很大的关系。6轴、9轴的惯性传感器也逐渐取代了单个传感器，成本和功耗进一步降低。另外GPS芯片仅重0.3克，价格不到5美元。

2 气压计

气压计是根据托里拆利的实验原理制成的，用來测量大气压强的仪器。在无人机中，气压计测高是利用大气压力来表示飞行高度的传感器。高度是无人机飞行最基本的参数，是安全飞行，顺利完成各项任务的基础。此外对于高度测量准确对节约能耗，充分发挥无人机功能，飞行平稳行也有很大的意义。传统的气压高度计并不能很好的应用于无人机，一是因为体积大，机构十分复杂，二是因为测量的精度达不到我们的要求。但随着测量技术的不断发展，半导体集成电路和压阻式气压传感器可以高度集成，具备接口简单、体积小、稳定性高、动态响应快、精度和灵敏度高等优点，这些都将大大提高系统的综合性能，简化系统的结构。

气压计特点：

（1）体积小并且便于安装;（2）测量的准确度高;（3）实时性高;（4）测量范围广。

因为传感器发出来的是模拟信号，为了避免数字信号的干扰，我们用滤波电路进行改良，经过滤波后的信号再通过调幅，可以得到我们需要的标准信号。此外，由于存在不同程度的噪声干扰，我们需要考虑气压计输出信号的精度问题，将经过滤波，调幅后的电信号和一个标准电压信号经过仪用信号放大器进行差分放大，再送入微控制器进行处理，扩大了信号的范围并且提高了系统的灵敏度。同时无人机姿态传感器的气压计有仪器优势，其运行时能耗很低，减少了温漂，仪器内部的精密程度让使用者很满意。除此之外，仪用放大器内部拥有专用的滤波器，可以很大程度上消除噪声。

其软件设计也很有价值：

AD转换：AD转换可以对采集到的信息进行初步的处理并筛选。

数据处理：对采集到的数据进行滤波，限幅等操作以获得我们需要的信号。

程序监视：为了保证系统的稳定性以及运行状态，我们需要有远程程序监控的功能来实现无人机的安全工作。

3 结束语

随着时代的发展无人机必定会更加大众化，日后会走进家家户户。其姿态传感器的发展与进步也会带来更大的效益与成果。虽然现阶段姿态传感器仍然存在精度与实时性低等问题，但通过不断创新，传感器必会不断完善并走向成熟。

参考文献：

[1]茹滨超，鲜斌，宋英麟，曹美会.基于气压传感器的无人机高度测量系统[J].中南大学学报，2013，7，44（02）.

[2]无人机上的传感器[J/OL].全球无人机网.

[3]无人机飞行控制技术中常用的传感器[J/OL].北微传感.

作者简介：郭家泰（1997-），男，河北人，本科，研究方向：自动控制。