2018年01月09日

现在航天航空事业迅猛发展,人类完成了“飞天梦”。人类对天空,对于宇宙探索到了更多的发现。现在不仅仅在国家战略方面对航空航天事业的关心,民间对于无人机发展也是充满了期待。航姿参考系统,就是对航天航空,无人机驾驶惯性航姿的校准和检测的重要传感器。

1. 航姿参考系统构成

航姿参考系统包括基于MEMS的三轴陀螺仪,加速度计和磁强计。航姿参考系统与惯性测量单元IMU的区别在于,航姿参考系统(AHRS)包含了嵌入式的姿态数据解算单元与航向信息,惯性测量单元(IMU)仅仅提供传感器数据,并不具有提供准确可靠的姿态数据的功能。目前常用的航姿参考系统(AHRS)内部采用的多传感器数据融合进行的航姿解算单元为卡尔曼滤波器。

2. 航姿参考系统原理

惯性导航系统至少包括计算机及含有加速度计、陀螺仪或其他运动传感器的平台(或模块)。开始时,有外界(操作人员及全球地定系统接收器等)给惯性导航系统提供初始位置及速度,此后惯性导航系统通过对运动传感器的信息进行整合计算,不断更新当前位置及速度。 INS 的优势在于给定了初始条件后,不需要外部参照就可确定当前位置、方向及速度。

通过检测系统的加速度和角速度,惯性导航系统可以检测位置变化(如向东或向西的运动),速度变化(速度大小或方向)和姿态变化(绕各个轴的旋转)。它不需要外部参考的特点使它自然地不受外界的干扰或欺骗。

陀螺在惯性参照系中用于测量系统的角速率。通过以惯性参照系中系统初始方位作为初始条件,对角速率进行积分,就可以时刻得到系统的当前方向。这可以想象成被蒙上眼睛的乘客坐在汽车中,感觉汽车左转、右转、上坡、下坡,仅根据这些信息他知道了汽车朝哪里开,但不知道汽车是快,是慢或是否汽车滑向路边。

加速度计在惯性参照系中用于测量系统的线加速度,但只能测量相对于系统运动方向的加速度(由于加速度计与系统固定并随系统转动,不知道自身的方向)。这可以想象成一个被蒙上眼睛的乘客在汽车加速时向后挤压座位,汽车刹车时身体前倾,汽车加速上坡时下压座位,汽车越过山顶下坡时从座位上弹起,仅根据这些信息,乘客知道汽车相对自身怎样加速,即向前、向后、向上、向下、向左 或向右,但不知道相对地面的方向。

3. 航姿参考系统应用前景

目前航姿参考系统的应用范围比较局限,虽然他主要是为飞机,火箭等飞行器服务,但是它在其他各个领域中都可以引用开来。但是它目前的价格比较昂贵不能够应用到各行业当中。科技进一步发展,将航姿参考系统的价格降低,将会有更好的应用环境。



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航姿参考系统将是未来智能无人机必不可少的组件

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