无人机飞控系统惯性传感器测量及GPS模块的应用

　　无人机行业如今十分火热，无人机的大脑称为飞控。有了飞控系统，通过地面端的遥控器、电脑或者手机就可以控制一架无人机自主起飞、自主导航、自主降落。而飞控就是飞行控制器的简称，无人机的飞控系统内部包括单片机和多种传感器。

常见的消费级无人机，资料图

　　现在的无人机飞控内部使用的都是由三轴陀螺仪，三轴加速度传感器，三轴地磁传感器和气压计组成的一个IMU，也称惯性测量单元。当然，也有一些飞控是外置IMU的，做成独立的模块。

　　其中，三轴陀螺仪，三轴加速度传感器，三轴地磁传感器中的三轴指的就是飞机左右，前后，垂直方向上下这三个轴，一般都用XYZ来代表。左右方向在飞机中叫做横滚，前后方向在飞机中叫做俯仰，垂直方向就是Z轴。

无人机上的飞控系统芯片，资料图

　　目前，MEMS电子陀螺仪由于成本低，体积小重量轻，稳定性、精度都比机械陀螺高，在无人机应用中非常广泛，主要负责测量XYZ三个轴的倾角；三轴加速度传感器负责测量飞机XYZ三个轴的加速度；地磁传感器感知地磁，可以让飞机知道自己的机头和飞行朝向，找到任务位置；气压计可通过测量不同位置的气压，计算压差获得到当前的高度。这就是整个IMU惯性测量单元的一般构成了。

　　通过组合上述传感器，IMU惯性测量单元可以感知飞机姿态的变化。例如飞机当前是前倾还是左右倾斜，机头朝向、高度等最基本的姿态数据。

　　IMU测得飞机当前的倾角数据后，通过编译器编译成电子信号，将这个信号通过信号实时传输给飞控内部的单片机。单片机负责的是运算，根据飞机当前的数据，计算出一个补偿方向，补偿角，然后将这个补偿数据编译成电子信号，传输给舵机或电机，电机或舵机在去执行命令，完成补偿动作。

　　当传感器再次感知到飞机平稳后，将实时数据再次给单片机，单片机会停止补偿信号，这就形成了一个循环，大部分飞控基本上都是10HZ的内循环，也就是1秒刷新十次。这就是无人机飞控系统最基本的功能了。

　　有了最基本的平衡、定高和指南针等功能，大部分飞控还需借助GPS模块或北斗定位系统定位，定位信号也会通过一个编译器再次编译成一个电子信号传给飞控，让飞控知道自己所在的位置、任务的位置和距离和当前的速度和高度，然后再由飞控控制飞机飞向任务位置。