无人机传感器的特性分析与设计(附件)【字数：7812】
一般无人机都有各种各样的传感器，传感器作为无人机的有效载荷一直是人们的研究重点，这些传感器是保证无人机能正常飞行并发挥其作用的重要支持。不同类型的无人机根据搭载的不同传感器具有不同的功能，从而完成不同的工作。以保证控制系统所需信号的可靠性。本文主要论述传感器在无人机中的特性分析并设计实验加以论证。
引 言 1
一 、传感器及其对飞控系统的作用 2
（一） 传感器及其节点 2
1.传感器原理以及参数 2
2 .传感器节点 2
（二） 传感器对飞控的作用 3
1.无人机飞控系统 3
2.飞行控制中传感器 3
二、无人机中传感器特性分析 4
（一） 传感器在无人机的工作原理 4
1.加速度传感器分析 4
2.磁罗盘传感器分析 6
3.陀螺仪传感器分析 7
（二） 多位传感器原理 7
1.多位传感器相融 7
2.无人机中多传感器 7
三、 针对无人机中传感器的问题分析 9
（一）加速计传感器偏移的影响 9
（二）无人机飞行过程抖动不平衡 9
（三）罗差对于磁罗盘传感器的影响 9
四、怎样矫正传感器产生异常 10
（一）针对其中一些问题解决方法 10
1.利用IMU解决的方法 10
2.飞行不稳定的矫正方法 10
3.磁性传感器的解决方法 13
（二）设计实验 13
1.实验大体方向 13
2.实验采样和结果 13
总 结 18
致 谢 19
参考文献 20
引 言
近年来，无人机开始走进大众视野，并成为热点话题之一。无人机的诞生可以追溯到1914年。随着无人机技术变得越来越复杂，在20世纪30年代，英国政府决定开发一种无人驾驶靶机，以测试战舰上火炮对目标的有效性。。1933年1月，由“费雷尔”水上飞机改装成的“费雷尔昆士”无人机试飞成功。此后不久，英国又研制出一种全木结构的双翼无人靶机，命名为“德哈维兰灯蛾”，在1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
934~1943年间，英国一共生产了420架这种无人机，并重新命名为“蜂王”。美国军方在改用间谍卫星从事相关活动后任无法到达有人侦察机的侦察效果，由此引发了采用无人机进行侦察的想法。它的技术发展非常之快快，无人机用途广泛、种类很多。它是一种执行任务之多、可控制、能方便的携带多种设备，并且是由地面站所控制的系统，还能实现预先定制的航道行驶达到各种不同的任务需求，它实时报告方位和速率等相关参数和消息。无人机导航的首要任务是确保无人机系统精度要求之高，将会随之越来越高。为更快更方便地升级无人机系统的各个方面的性能，可以使用多位传感器来实现，要实现无人机自动行驶，飞行控制系统是离不开的。由于无人机的类型和用途各异，对其系统的控制精度要求也会随之不同，不同类型的无人机就要搭配不同类型的传感器和不同的配置方案。
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世界上第一架无人机
一 、传感器及其对飞控系统的作用
传感器及其节点
1.传感器原理以及参数
为了从外部世界获得信息，人们就要依赖于一种独特的感觉系统，仅研究自然现象规律和人类感官活动，这些功能还不够。还需要个元件那就是传感器。传感器是个敏感设备，它可以感知所测量的信息，它是获取到正确和可靠的消息的主要途径之一，显而易见，要得到大量的信息是不太现实的，而没有合适的传感器，人类是无法直接触摸到这些信息的。很多简单的科学研究的第一个障碍是获取目标信息的困难，一些新的敏感度高的检测传感器的出现就有必要了。传感器的发展往往是相对于每个单一的无人机导航系统而言，基本上就有点难以得些问题。
传感器的参数有静态的和动态的到所想要的结果，所以为了确保无人机正常飞行，多个传感器融合使用就方便的解决这，静态的就是有相对稳定输入、出量，主要有灵敏、重复、线性等量。而动态的正好与静态的相反，主要有阶段和频率响应，并且，传感器的稳定和分辨率呈现负相关。相对于无人机来说，传感器存在一定的地位，没有它无人机自主飞行是不行的，而传感器参数在传感器中就跟无人机中传感器有这一样地位，因此，对传感器的校正和确保其正常行驶有重大的影响
2 .传感器节点
传感器节点是智能化的传感集线器，专用传感器节点是将多个传感器与可编程微控制器集成在一个包中。它为无人机运行传感应用提供了一个比较灵活和低功耗的方法。比如BMF055是一个集成了三个主要的传感器并且可处理的32位皮质M0 +微控制器和每个传感器输出的ASSN。BMF055可作为AHRS与定向处理软件结合使用。专用传感器节点让无人机应用有了一个集成包。如图11所示 ，其作为定向处理单元并集成了传感器融合算法。
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图 11：BMF055（ASSN）在无人机中 AHRS 应用
（二）传感器对飞控的作用
1.无人机飞控系统
飞控系统是无人机的核心部件，如果放在电脑以及手机上来说就相当于操作系统。飞行控制系统通过无人机上搭载的各类传感器获得数据，对这些数据进行演算处理从而控制机体的飞行。它的主要任务就是控制无人机保持一定的姿态，按照所给定的方向飞行无人机飞控系统是按照负反馈原理构成的一个自动控制系统，主要由四部分构成如图12所示。除此之外，飞行控制器也承担信息传递的职责。所以它是对无人机的性能起很重要的作用。
/
图12 无人机飞控系统
飞行控制器是飞行控制计算机，它是接收传感器所测量得到的当前各种飞行状态的参数，与开始给定的信号相对比，再者根据相比所得到的结果按照一定的规律综合给出控制指令信号。其内部主要由两大部分构成——IMU（惯性检测装置）和CPS模块。可以说无人机的飞行性能的高与低，就取决于这个飞行控制器。无人机平稳飞行不可缺少的飞行控制器中的内部传感器（IMU）。IMU指的是惯性测量单元，大多数使用在运动控制的设备中。一般来说IMU就包含了加速度传感器和陀螺仪。
引 言 1
一 、传感器及其对飞控系统的作用 2
（一） 传感器及其节点 2
1.传感器原理以及参数 2
2 .传感器节点 2
（二） 传感器对飞控的作用 3
1.无人机飞控系统 3
2.飞行控制中传感器 3
二、无人机中传感器特性分析 4
（一） 传感器在无人机的工作原理 4
1.加速度传感器分析 4
2.磁罗盘传感器分析 6
3.陀螺仪传感器分析 7
（二） 多位传感器原理 7
1.多位传感器相融 7
2.无人机中多传感器 7
三、 针对无人机中传感器的问题分析 9
（一）加速计传感器偏移的影响 9
（二）无人机飞行过程抖动不平衡 9
（三）罗差对于磁罗盘传感器的影响 9
四、怎样矫正传感器产生异常 10
（一）针对其中一些问题解决方法 10
1.利用IMU解决的方法 10
2.飞行不稳定的矫正方法 10
3.磁性传感器的解决方法 13
（二）设计实验 13
1.实验大体方向 13
2.实验采样和结果 13
总 结 18
致 谢 19
参考文献 20
引 言
近年来，无人机开始走进大众视野，并成为热点话题之一。无人机的诞生可以追溯到1914年。随着无人机技术变得越来越复杂，在20世纪30年代，英国政府决定开发一种无人驾驶靶机，以测试战舰上火炮对目标的有效性。。1933年1月，由“费雷尔”水上飞机改装成的“费雷尔昆士”无人机试飞成功。此后不久，英国又研制出一种全木结构的双翼无人靶机，命名为“德哈维兰灯蛾”，在1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
934~1943年间，英国一共生产了420架这种无人机，并重新命名为“蜂王”。美国军方在改用间谍卫星从事相关活动后任无法到达有人侦察机的侦察效果，由此引发了采用无人机进行侦察的想法。它的技术发展非常之快快，无人机用途广泛、种类很多。它是一种执行任务之多、可控制、能方便的携带多种设备，并且是由地面站所控制的系统，还能实现预先定制的航道行驶达到各种不同的任务需求，它实时报告方位和速率等相关参数和消息。无人机导航的首要任务是确保无人机系统精度要求之高，将会随之越来越高。为更快更方便地升级无人机系统的各个方面的性能，可以使用多位传感器来实现，要实现无人机自动行驶，飞行控制系统是离不开的。由于无人机的类型和用途各异，对其系统的控制精度要求也会随之不同，不同类型的无人机就要搭配不同类型的传感器和不同的配置方案。
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世界上第一架无人机
一 、传感器及其对飞控系统的作用
传感器及其节点
1.传感器原理以及参数
为了从外部世界获得信息，人们就要依赖于一种独特的感觉系统，仅研究自然现象规律和人类感官活动，这些功能还不够。还需要个元件那就是传感器。传感器是个敏感设备，它可以感知所测量的信息，它是获取到正确和可靠的消息的主要途径之一，显而易见，要得到大量的信息是不太现实的，而没有合适的传感器，人类是无法直接触摸到这些信息的。很多简单的科学研究的第一个障碍是获取目标信息的困难，一些新的敏感度高的检测传感器的出现就有必要了。传感器的发展往往是相对于每个单一的无人机导航系统而言，基本上就有点难以得些问题。
传感器的参数有静态的和动态的到所想要的结果，所以为了确保无人机正常飞行，多个传感器融合使用就方便的解决这，静态的就是有相对稳定输入、出量，主要有灵敏、重复、线性等量。而动态的正好与静态的相反，主要有阶段和频率响应，并且，传感器的稳定和分辨率呈现负相关。相对于无人机来说，传感器存在一定的地位，没有它无人机自主飞行是不行的，而传感器参数在传感器中就跟无人机中传感器有这一样地位，因此，对传感器的校正和确保其正常行驶有重大的影响
2 .传感器节点
传感器节点是智能化的传感集线器，专用传感器节点是将多个传感器与可编程微控制器集成在一个包中。它为无人机运行传感应用提供了一个比较灵活和低功耗的方法。比如BMF055是一个集成了三个主要的传感器并且可处理的32位皮质M0 +微控制器和每个传感器输出的ASSN。BMF055可作为AHRS与定向处理软件结合使用。专用传感器节点让无人机应用有了一个集成包。如图11所示 ，其作为定向处理单元并集成了传感器融合算法。
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图 11：BMF055（ASSN）在无人机中 AHRS 应用
（二）传感器对飞控的作用
1.无人机飞控系统
飞控系统是无人机的核心部件，如果放在电脑以及手机上来说就相当于操作系统。飞行控制系统通过无人机上搭载的各类传感器获得数据，对这些数据进行演算处理从而控制机体的飞行。它的主要任务就是控制无人机保持一定的姿态，按照所给定的方向飞行无人机飞控系统是按照负反馈原理构成的一个自动控制系统，主要由四部分构成如图12所示。除此之外，飞行控制器也承担信息传递的职责。所以它是对无人机的性能起很重要的作用。
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图12 无人机飞控系统
飞行控制器是飞行控制计算机，它是接收传感器所测量得到的当前各种飞行状态的参数，与开始给定的信号相对比，再者根据相比所得到的结果按照一定的规律综合给出控制指令信号。其内部主要由两大部分构成——IMU（惯性检测装置）和CPS模块。可以说无人机的飞行性能的高与低，就取决于这个飞行控制器。无人机平稳飞行不可缺少的飞行控制器中的内部传感器（IMU）。IMU指的是惯性测量单元，大多数使用在运动控制的设备中。一般来说IMU就包含了加速度传感器和陀螺仪。
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