基于MEMS传感器的飞行姿态测量系统设计

2016-12-08张兴超,王陆,赵烨

中国科技信息 2016年20期

飞行姿态的测量对于无人机的控制起着至关重要的作用，针对传统姿态测量方法在重量、体积、功耗等各方面不能满足小型无人机要求的问题，提出一种基于MEMS传感器的飞行姿态测量系统设计方案；在姿态解算过程中利用姿态融合算法对其姿态角进行了求解；给出了飞行姿态测量系统的硬件结构和软件设计流程；与XW5100传统惯性测量单元进行试验对比，在50s的测试时间内，滚转角和俯仰角的相对误差均在±1°范围内，满足系统设计需要。

近年来，随着无人机在科学研究方面的不断深入，其在民用领域得到了广泛应用。无人机飞行过程中，包括姿态角、三轴加速度和三轴角速率等所有姿态信息，都必须通过惯性测量单元实时反馈给飞行控制计算机，飞行控制计算机才能根据这些反馈的姿态信息实现无人机的控制。针对小型无人机而言，传统的姿态测量方法并不能满足其自身重量、体积、功耗等各方面的要求，而采用最新的微电子和MEMS（微机械电子系统）技术将微机械加速度计、微机械陀螺仪及外围辅助电路集成得到的微型惯性测量单元则很好的解决了这一问题。基于此，本文利用MEMS传感器设计了一种高测量精度且价格低、体积小的飞行姿态测量系统。它能有效避免XW5100、NAV440CA－200等传统惯性测量装置（IMU）在小型无人机应用中的不足，具有一定的实际意义和应用价值。