石英加速度計在無人機與定位系統(tǒng)領域的應用

導航制導與控制是無人機系統(tǒng)中最復雜的系統(tǒng)，其功能可以有多種劃分方法，今天我們主要對無人機導航制導與控制系統(tǒng)的基本原理和常用方法做一下介紹和歸納。

導航：即無人機獲得自己當前(在某個參照系下)的位置、速度等信息，必要時還需要獲得當前(相對于某個參照系)的姿態(tài)、姿態(tài)角速度等信息。例如，采用純慣性導航可以獲得無人機在某個慣性系下的位置、速度和加速度，以及相對于該慣性系的姿態(tài)角和角速度;GPS導航系統(tǒng)則可以提供無人機在WGS84坐標系下的速度、位置和航向角等信息;而借助如Vicon、UWB等室內定位系統(tǒng)則可以獲得無人機相對于室內某個坐標系的速度、位置等信息。因此，簡要概括導航的主要工作就是要“知道自己在哪，知道自己的姿態(tài)”。

制導：即無人機發(fā)現(或外部輸入)目標的位置、速度等信息，并根據自己的位置、速度以及內部性能和外部環(huán)境的約束條件，獲得抵達目標所需的位置或速度指令。例如，按照規(guī)劃的航路點飛行時，計算無人機徑直或者沿某個航線飛抵航路點的指令;采用基于計算機視覺目標跟蹤的光學制導時，根據目標在視場中的位置(以及攝像頭可能存在的離軸角)計算跟蹤目標所需的過載或者姿態(tài)角速度指令;而當預裝(或SLAM獲得的)地圖中存在需要規(guī)避的障礙物或禁飛區(qū)時，根據無人機飛行性能計算可行的規(guī)避路線或者速度指令。因此，簡要概括制導的主要工作就是要“知道目標在哪，如何抵達目標”。

控制：即無人機根據當前的速度、姿態(tài)等信息，通過執(zhí)行機構作用來改變姿態(tài)、速度等參數，進而實現穩(wěn)定飛行或跟蹤制導指令。例如，當固定翼無人機需要爬升高度時，計算需要的俯仰角和俯仰角速度指令，以及為了讓空速不至于大幅降低所需的油門指令;當沿著航線飛行，但是存在側風時，計算所需的偏航角指令以利用側滑抵消側風影響;或者當多旋翼無人機的某個旋翼失效時，計算如何為剩余旋翼分配指令以盡可能實現穩(wěn)定飛行。因此，簡要概括控制的主要工作就是“改變飛行姿態(tài)，跟蹤制導指令”。

而石英撓性加速度計在重力場中，線加速度計可以測量重力加速度變化。當其敏感軸向垂直于水平面時，加速度計指示單位重力加速度;若敏感軸向發(fā)生傾斜，其輸出為重力加速度與傾斜角度的正弦函數之乘積。利用這一原理，可以用作傾斜測量和調平。這就是石英加速度計在導航制導中的作用