無人機校飛系統(tǒng)姿態(tài)測量裝置檢測方法探討

勞振國 姚文云

摘要：在當前我國科學技術水平不斷提高的今天，無人機技術的出現(xiàn)改變了諸多行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀。校飛系統(tǒng)身為姿態(tài)測量裝置身為無人機設備中的重要組成內(nèi)容，在運行過程中，對于無人機的正常運行有著十分重要的作用。本文主要內(nèi)容通過論述了無人機校飛系統(tǒng)姿態(tài)測量軟件與硬件設計，探討了該系統(tǒng)測量裝置的檢測方法，希望能為我國無人機行業(yè)的發(fā)展有所啟示。

關鍵詞：無人機;測量裝置;檢測方法;校飛系統(tǒng);探討

前言：無人機校飛系統(tǒng)指代的是定位測姿系統(tǒng)，在應用過程中可以通過GPS系統(tǒng)與姿態(tài)測量裝置，對光測、雷測設備進行校準，確保測姿數(shù)據(jù)擁有溯源性與正確性。目前國內(nèi)常見的三軸轉(zhuǎn)臺測量標定手段為純慣性IMU，但是對于IUM與雙GPS定向組合的測姿系統(tǒng)還未有完整報道。由此可見，本文主要內(nèi)容探究無人機校飛系統(tǒng)姿態(tài)測量裝置檢測方法有著實現(xiàn)現(xiàn)實的意義。

1.無人機校飛系統(tǒng)姿態(tài)測量系統(tǒng)軟件和硬件設計

1.1軟件設計

在無人機校飛系統(tǒng)當中，姿態(tài)測量系統(tǒng)軟件主要采用模塊化的設計原理，在軟件內(nèi)主要由授時同步模塊、真值測量模塊、定時計數(shù)器等組成。

1.2硬件設計

在無人機飛行控制過程中，姿態(tài)測量系統(tǒng)是控制系統(tǒng)的重要組成部分，根據(jù)無人機飛行控制的實際要求以及姿態(tài)測量裝置檢測方法的需要，要對該裝置的硬件設備提出具體設計方案。在無人機校飛系統(tǒng)當中，主要構成內(nèi)容由數(shù)據(jù)采集模塊與處理模塊組成[1]。具體情況如下圖所示。

在數(shù)據(jù)采集模塊當中，主要收集無人機姿態(tài)數(shù)據(jù)，而后通過三軸陀螺儀組合傳感器與三周加速度計開展角速度、加速度的測量工作，在此過程中有效避免了單獨應用加速度計時、陀螺儀的軸間差問題，提高了無人機采集數(shù)據(jù)的精確度。在數(shù)據(jù)處理模塊當中，主要由存儲電路、接口電路、電源電路以及微處理器構成，在選擇處理器的過程中，設計人員需要重視成本、運算能力、輸入輸出接口等方面的因素，確保系統(tǒng)硬件可以穩(wěn)定運行[2]。

2.無人機校飛系統(tǒng)姿態(tài)測量裝置檢測方法的實施

2.1零偏穩(wěn)定性檢測

在無人機校飛系統(tǒng)當中，IMU中包含的陀螺組件具有漂移特性，因此在長期應用過程中，系統(tǒng)容易產(chǎn)生諸多誤差，這種誤差會隨著應用時間的增長而累積，長此以往導致無人機校飛系統(tǒng)穩(wěn)定性較差，基于此，要對該裝置定期開展檢測工作。在檢測工作中，首先需要將主機靜置在需要調(diào)平的臺面上，然后將主機通電，啟動IMU。將無人機校飛系統(tǒng)完成對準工作后，要每隔15分鐘的時間，詳細記錄無人機校飛系統(tǒng)中的姿態(tài)角數(shù)值，系統(tǒng)本身的測量時間不能少于90min，完成上述工作后，需要對裝置的姿態(tài)角進行計算，求出其中差值，判斷系統(tǒng)的整體漂移量，最終判斷無人機校飛系統(tǒng)姿態(tài)測量裝置的零偏穩(wěn)定性，為后續(xù)校飛系統(tǒng)穩(wěn)定運行打下堅實的基礎。

2.2零偏重復性檢測

所謂的零偏重復性檢測指代的是對相關指標進行多次度量，在檢測過程中首先需要量轉(zhuǎn)臺安裝面調(diào)平，在此過程中要應用水平儀輔助調(diào)平，然后將無人機的校飛系統(tǒng)靜置在轉(zhuǎn)臺安裝面上。將其通電后啟動整個系統(tǒng)，等到系統(tǒng)穩(wěn)定運行后讀取橫滾角、俯仰角等數(shù)據(jù)信息，然后將系統(tǒng)關閉。完成上述過程后再次重復，取實驗過程中相同的初始化時間，然后再次對其開展測量工作，最終得到不同的初始對準值。一般情況下應用下列公式檢測無人機校飛系統(tǒng)的零偏重復性。

2.3姿態(tài)角標準偏差檢測

在姿態(tài)角標準偏差檢測工作中，跟蹤姿態(tài)角精度反應的是測姿系統(tǒng)在動態(tài)環(huán)境下的測量性格，這是對該系統(tǒng)開展性能評價時的重要指標之一，需要對該內(nèi)容進行重點檢校。在無人機校飛系統(tǒng)中，姿態(tài)角檢測包含有俯仰角的檢測、航向角的檢測、橫滾角誤差檢測等，通過會應用三軸轉(zhuǎn)臺或雙軸轉(zhuǎn)臺開展檢測工作。在測量系統(tǒng)航向角的過程中，一定要在雙GPS穩(wěn)漂系統(tǒng)下進行，要不然將會導致系統(tǒng)出現(xiàn)較大的漂移誤差，不利于系統(tǒng)后續(xù)穩(wěn)定運行。常見的檢測方法如下所示。

2.3.1航向角

在測量系統(tǒng)航向角的過程中，首先要在電力水平儀的輔助下將轉(zhuǎn)臺調(diào)平，使得系統(tǒng)測姿裝置的橫滾角與俯仰角的讀書都能無線接近于零。在開展測量工作時，要在0°～360°的范圍內(nèi)，每距離15°或20°便測量一次航向角，最終求出不通過角度的測量誤差。在此過程中工作人員需要正向、反向各測量以此，各角度測量誤差要取出平均值，隨后利用下述公式對航向角的標準偏差進行測量[3]。

2.3.2橫滾角

當工作人員完成轉(zhuǎn)臺調(diào)平工作之后，需要將IMU橫滾軸調(diào)整的與轉(zhuǎn)臺橫滾軸的角度平衡，使得轉(zhuǎn)臺橫滾軸在任意轉(zhuǎn)動過程中有關IMU的俯仰角輸出值沒有任何明顯的變化。在測量過程中，0°～ 80°范圍內(nèi)每間隔10°便記錄一次，旋轉(zhuǎn)一次停頓的時間不能大于5s以上，等到記錄數(shù)據(jù)穩(wěn)定下來之后，要將轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)過程中的相關角度作為真值，最終求出不同角度的測量誤差。

2.3.3俯仰角

在完成橫滾角、航向角的測量工作后，需要將轉(zhuǎn)臺的主軸旋轉(zhuǎn)90°，而后將轉(zhuǎn)臺鎖定，隨后開展俯仰角檢測工作，在開展測量工作時，無論是測量方法還是測量點都與橫滾角測量工作相同。

3結束語

綜上所述，結合當前我國無人機校飛系統(tǒng)姿態(tài)測量裝置的檢測情況來看，制約航向角進度的主要因素包含有零偏穩(wěn)定性與重復性，實施檢測的過程中，要選擇無多路徑干擾、無遮擋、比較開闊的場地。在開展校飛工作之前，標定無人機上的安裝誤差，使得系統(tǒng)姿態(tài)測量裝置要與無人機姿態(tài)始終保持一致。

參考文獻

[1]王濤， 趙增興， 黃土順. 無人機校飛系統(tǒng)姿態(tài)測量裝置檢測方法[J]. 計測技術， 2017， v.37;No.226（S1）：191-194.

[2]郭展郡， 劉晟含， 郝坤坤. 作戰(zhàn)用固定翼無人機落地姿態(tài)平衡控制系統(tǒng)設計%Design of Landing Attitude Balance Control System for Fixed Wing Unmanned Aerial Vehicle for Combat[J]. 計算機測量與控制， 2018， 026（003）：90-93，106.

[3]馬凱， 賈志成， 吳佳平，等. 基于MEMS傳感器的船載無人機姿態(tài)檢測系統(tǒng)設計[J]. 無線互聯(lián)科技， 2018， 15（23）：10-13.