吴成富，冯 喆，马松辉

（西北工业大学 无人机重点实验室，陕西 西安 710065）

无人机的姿态角是无人机稳定控制与导航的最基本与最重要的参数之一。传统的姿态测量方法主要采用惯性导航系统，利用陀螺仪和加速度计等惯性器件对姿态角进行测量。但陀螺仪在长时间工作时，会出现较大的累计误差，因此利用这些传感器测得的飞行姿态较难实时反映微小飞行器空中的高动态运动状况[1]。同时，无人机的发展趋于微小型化，要求采用体积小、成本低并满足任务要求的姿态测量装置。

文中提出的用红外传感器测量姿态角的方法，运算速度快，准确性较高，可以用于飞行器实时姿态测量。具有非接触、全场测量和无漂移等特点，且动态品质好，不存在累计误差；另外相比传统的姿态测量装置，成本较低，体积较小，重量较轻，功耗低，适合于长时间的飞行任务；且红外线的环境不受光照程度的影响，安装了红外传感器的无人机可以在夜间飞行。

1 红外传感器姿态测量原理

红外温度传感器由热吸收区（热端）、硅基片（冷端）及外封装组成，它的工作原理是基于热电偶原理，即通过吸收天空和地面辐射的红外线能量，输出一个与温度成比例关系的电压信号[2]。

利用红外温度传感器测量姿态的主要原理是根据地面和天空的温度差值来估计无人机的倾斜角度。一般情况下，天空的温度比地面的温度低。将两个红外温度传感器反方向对称放置在同一轴线上，当两个红外传感器水平时，所感受到的天空与地面的温度相同，则两个红外传感器的输出电压值相同，电压差值即为零。……