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姿态传感器等构成无人机导航飞控系统设计的基础 发布时间:2020-02-19   浏览量:5522次

导航飞控系统是无人机的关键核心系统之一。它在部分情况下,按具体功能又可划分为导航子系统和飞控子系统两部分。


导航子系统的功能是向无人机提供相对于所选定的参考坐标系的位置、速度、飞行姿态、引导无人机沿指定航线安全、准时、准确地飞行。完善的无人机导航子系统具有以下功能:


(1)获得必要的导航要素,包括高度、速度、姿态、航向;

(2)给出满足精度要求的定位信息,包括经度、纬度;

(3)引导飞机按规定计划飞行;

(4)接收预定任务航线计划的装定,并对任务航线的执行进行动态管理;

(5)接收控制站的导航模式控制指令并执行,具有指令导航模式与预定航线飞行模式相互切换的功能;

(6)具有接收并融合无人机其他设备的辅助导航定位信息的能力;

(7)配合其他系统完成各种任务。


飞控子系统是无人机完成起飞、空中飞行、执行任务、返厂回收等整个飞行过程的核心系统,对无人机实现全权控制与管理,因此飞控子系统之于无人机相当于驾驶员之于有人机,是无人机执行任务的关键。飞控子系统主要具有如下功能:


(1)无人机姿态稳定与控制;

(2)与导航子系统协调完成航迹控制;

(3)无人机起飞(发射)与着陆(回收)控制;

(4)无人机飞行管理;

(5)无人机任务设备管理与控制;

(6)应急控制;

(7)信息收集与传递。

高精度姿态传感器在无人机领域的功能.jpg

无人机导航飞控系统常用的传感器包括角速度率传感器、姿态传感器、位置传感器、迎角侧滑传感器、加速度传感器、高度传感器及空速传感器等,这些传感器构成无人机导航飞控系统设计的基础。


1、角速度传感器


角速度传感器是飞行控制系统的基本传感器之一,用于反馈无人机绕机体轴的转动角速率,以构成角速度反馈,改善系统的阻尼特性、提高稳定性。


角速度传感器的选择要考虑其测量范围、精度、输出特性、带宽等。


角速度传感器应安装在无人机的重心附件,安装轴线与要测量的机体轴向平行,并特别注意极性的正确性。


2、姿态传感器


姿态传感器用于测量无人机的俯仰、转动和航向角度,用于实现姿态稳定与航向控制功能。


姿态传感器的选择要考虑其测量范围、精度、输出特性、动态特性等。


姿态传感器应安装在无人机的重心附近,振动要尽可能小,有较高的安装精度要求。


高精度姿态传感器内部采用高分辨力差分数模转换器,内置自动补偿和滤波算法,把静态重力场的变化转换成倾角变化,通过数字方式直接输出当前的横滚角和俯仰角,产品安装方便、体积小、抗外界电磁干扰、承受振动冲击能力强。


3、高度、空速传感器(大气机)


高度、空速传感器(大气机)用于感受无人机的飞行高度和空速,是高度保持和空速保持的必备传感器。一般和空速管、同期管路构成大气数据系统。


高度、空速传感器(大气机)的选择主要考虑测量范围和测量精度。一般要求其安装在空速管附近,尽量缩短管路。


4.位置传感器


位置传感器用于感受无人机的位置,是飞行轨迹控制的必要前提。惯性导航设备、GPS卫星导航接收机、磁航向传感器是典型的位置传感器。


位置传感器的选择一般要考虑与飞行时间相关的导航精度、成本和可用性等问题。


惯性导航设备有安装位置和较高的安装精度要求,GPS的安装主要应避免天线的遮挡问题。


磁航向传感器要安装在受铁磁性物质影响最小且相对固定的地方,安装件应采用非磁性材料制造。


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