无人机校飞系统姿态测量装置检测方法探讨

劳振国 姚文云

摘要：在当前我国科学技术水平不断提高的今天，无人机技术的出现改变了诸多行业的发展现状。校飞系统身为姿态测量装置身为无人机设备中的重要组成内容，在运行过程中，对于无人机的正常运行有着十分重要的作用。本文主要内容通过论述了无人机校飞系统姿态测量软件与硬件设计，探讨了该系统测量装置的检测方法，希望能为我国无人机行业的发展有所启示。

关键词：无人机;测量装置;检测方法;校飞系统;探讨

前言：无人机校飞系统指代的是定位测姿系统，在应用过程中可以通过GPS系统与姿态测量装置，对光测、雷测设备进行校准，确保测姿数据拥有溯源性与正确性。目前国内常见的三轴转台测量标定手段为纯惯性IMU，但是对于IUM与双GPS定向组合的测姿系统还未有完整报道。由此可见，本文主要内容探究无人机校飞系统姿态测量装置检测方法有着实现现实的意义。

1.无人机校飞系统姿态测量系统软件和硬件设计

1.1软件设计

在无人机校飞系统当中，姿态测量系统软件主要采用模块化的设计原理，在软件内主要由授时同步模块、真值测量模块、定时计数器等组成。

1.2硬件设计

在无人机飞行控制过程中，姿态测量系统是控制系统的重要組成部分，根据无人机飞行控制的实际要求以及姿态测量装置检测方法的需要，要对该装置的硬件设备提出具体设计方案。在无人机校飞系统当中，主要构成内容由数据采集模块与处理模块组成[1]。具体情况如下图所示。

在数据采集模块当中，主要收集无人机姿态数据，而后通过三轴陀螺仪组合传感器与三周加速度计开展角速度、加速度的测量工作，在此过程中有效避免了单独应用加速度计时、陀螺仪的轴间差问题，提高了无人机采集数据的精确度。在数据处理模块当中，主要由存储电路、接口电路、电源电路以及微处理器构成，在选择处理器的过程中，设计人员需要重视成本、运算能力、输入输出接口等方面的因素，确保系统硬件可以稳定运行[2]。

2.无人机校飞系统姿态测量装置检测方法的实施

2.1零偏稳定性检测

在无人机校飞系统当中，IMU中包含的陀螺组件具有漂移特性，因此在长期应用过程中，系统容易产生诸多误差，这种误差会随着应用时间的增长而累积，长此以往导致无人机校飞系统稳定性较差，基于此，要对该装置定期开展检测工作。在检测工作中，首先需要将主机静置在需要调平的台面上，然后将主机通电，启动IMU。将无人机校飞系统完成对准工作后，要每隔15分钟的时间，详细记录无人机校飞系统中的姿态角数值，系统本身的测量时间不能少于90min，完成上述工作后，需要对装置的姿态角进行计算，求出其中差值，判断系统的整体漂移量，最终判断无人机校飞系统姿态测量装置的零偏稳定性，为后续校飞系统稳定运行打下坚实的基础。

2.2零偏重复性检测

所谓的零偏重复性检测指代的是对相关指标进行多次度量，在检测过程中首先需要量转台安装面调平，在此过程中要应用水平仪辅助调平，然后将无人机的校飞系统静置在转台安装面上。将其通电后启动整个系统，等到系统稳定运行后读取横滚角、俯仰角等数据信息，然后将系统关闭。完成上述过程后再次重复，取实验过程中相同的初始化时间，然后再次对其开展测量工作，最终得到不同的初始对准值。一般情况下应用下列公式检测无人机校飞系统的零偏重复性。

2.3姿态角标准偏差检测

在姿态角标准偏差检测工作中，跟踪姿态角精度反应的是测姿系统在动态环境下的测量性格，这是对该系统开展性能评价时的重要指标之一，需要对该内容进行重点检校。在无人机校飞系统中，姿态角检测包含有俯仰角的检测、航向角的检测、横滚角误差检测等，通过会应用三轴转台或双轴转台开展检测工作。在测量系统航向角的过程中，一定要在双GPS稳漂系统下进行，要不然将会导致系统出现较大的漂移误差，不利于系统后续稳定运行。常见的检测方法如下所示。

2.3.1航向角

在测量系统航向角的过程中，首先要在电力水平仪的辅助下将转台调平，使得系统测姿装置的横滚角与俯仰角的读书都能无线接近于零。在开展测量工作时，要在0°～360°的范围内，每距离15°或20°便测量一次航向角，最终求出不通过角度的测量误差。在此过程中工作人员需要正向、反向各测量以此，各角度测量误差要取出平均值，随后利用下述公式对航向角的标准偏差进行测量[3]。

2.3.2横滚角

当工作人员完成转台调平工作之后，需要将IMU横滚轴调整的与转台横滚轴的角度平衡，使得转台横滚轴在任意转动过程中有关IMU的俯仰角输出值没有任何明显的变化。在测量过程中，0°～ 80°范围内每间隔10°便记录一次，旋转一次停顿的时间不能大于5s以上，等到记录数据稳定下来之后，要将转台旋转过程中的相关角度作为真值，最终求出不同角度的测量误差。

2.3.3俯仰角

在完成横滚角、航向角的测量工作后，需要将转台的主轴旋转90°，而后将转台锁定，随后开展俯仰角检测工作，在开展测量工作时，无论是测量方法还是测量点都与横滚角测量工作相同。

3结束语

综上所述，结合当前我国无人机校飞系统姿态测量装置的检测情况来看，制约航向角进度的主要因素包含有零偏稳定性与重复性，实施检测的过程中，要选择无多路径干扰、无遮挡、比较开阔的场地。在开展校飞工作之前，标定无人机上的安装误差，使得系统姿态测量装置要与无人机姿态始终保持一致。

参考文献

[1]王涛， 赵增兴， 黄土顺. 无人机校飞系统姿态测量装置检测方法[J]. 计测技术， 2017， v.37;No.226（S1）：191-194.

[2]郭展郡， 刘晟含， 郝坤坤. 作战用固定翼无人机落地姿态平衡控制系统设计%Design of Landing Attitude Balance Control System for Fixed Wing Unmanned Aerial Vehicle for Combat[J]. 计算机测量与控制， 2018， 026（003）：90-93，106.

[3]马凯， 贾志成， 吴佳平，等. 基于MEMS传感器的船载无人机姿态检测系统设计[J]. 无线互联科技， 2018， 15（23）：10-13.