飞行器中传感器测量原理及测量模型

2024-04-04 11:11:49

传感器就是机器的五官，让机器知道自己是什么状态。

三轴加速度计

用于测量机载直线方向加速度，静态性能好，在姿态估计中，用于提供俯仰角pitch及滚转角roll。

测量原理

三个如图所示的MEMS加速度传感器分别平行于机体坐标系的XYZ轴，并放置于机体重心位置（排除旋转运动的向心力影响），当飞机运动状态发生改变时，上图中的运动块因惯性发生相对移动，电容因此发生变化，由此解算出加速度大小及方向。
角度解算公式如下：

测量模型

三轴陀螺仪

用于测量机体角速度，积分后可获得姿态角度，动态性能好，但有积分偏移误差，需要通过其他传感器对其修正。

测量原理

我们在陀螺仪中，选用两块物体，他们处于不断的运动中，并令他们运动的相位相差-180度，即两个质量块运动速度方向相反，而大小相同。它们产生的科氏力相反，从而压迫两块对应的电容板移动，产生电容差分变化。电容的变化正比于旋转角速度。由电容即可得到旋转角度变化。

测量模型

三轴磁力计

主要用于测量航偏角Yaw。

测量原理

磁力仪是采用三个互相垂直的磁阻传感器，每个轴向上的传感器检测在该方向上的地磁场强度。

图为一种采用具有晶体结构的合金材料。它们对外界的磁场很敏感，磁场的强弱变化会导致磁阻传感器电阻值发生变化。三轴磁力计还可以采用洛伦兹力原理，电流流过磁场产生力，从而驱动电容等变化。
磁力计能提供装置在XYZ各轴所承受磁场的数据，接着相关数据会汇入微控制器的运算法，以提供磁北极相关的航向角，利用这些信息可侦测地理方位。

测量模型

GPS

用于测量飞机的绝对坐标，误差为米级别。

测量模型

标定

所有传感器均需要进行标定后再使用，目的是消除安装误差带来的影响。

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