传感器在无人机飞控系统中的应用与设计

传感器在无人机飞控系统中的应用与 设计

童奇

中航金城无人系统有限公司， 江苏 南京 210000

摘要：随着无人机在我国的飞速发展，对于无人机性能提升也给予了更高的关注，当前传感器在无人机飞控系统中的应用对于提高无人机性能发挥了重要作用，由此探讨传感器在无人机飞控系统中的应用和设计具有重要的现实意义。基于此，本文围绕传感器在无人机飞控系统中的应用和设计作简要分析。

关键词：传感器；无人机；飞控系统；应用；设计

引言

无人机是一种有动力、可控制、能携带多种任务设备爱、执行多种任务、并能够重复使用的科技设备。要实现对无人机飞机的自动控制就必须依靠飞控系统，飞控系统是无人机实现自主飞行的核心系统，而为进一步满足无人机不同的用途，飞控系统需要搭载不同的传感器，为探究传感器在无人机飞控系统中的应用和设计，下面从其应用的三个方面展开分析，并以实例分析其设计具体过程。

1. 传感器在无人机飞控系统中的应用分析

传感器主要由转换元件和敏感元件组成，能够按照一定规律将获取到的信息转换为可用信息，从而为应用领域提供相应的信息支持，基于传感器强大的应用优势，当前其已在多个领域得到广泛应用，传感器在无人机飞行控制系统中的应有就是一大典型例子。无人机飞控系统通过合理利用传感器，推动了自身的功能和性能的完善和优化，此外，传感器参数的可调性优势还能够满足不同类型的无人机飞控系统对技术的需求，使无人机飞行任务能够顺利完成^[1]。

1.1合理设计传感器参数

目前，传感器在无人机飞控系统的应用十分普及，传感器的应用有效提高了飞控系统的运行效率，而为了更好地满足系统的实际运行需求，最大程度地发挥传感器的作用，需要特别重视传感器参数的设计。在设计传感器参数时，首先要将参数细分为动态参数和静态参数，对于静态参数的设计，需要特别重视对重复性、线性度以及灵敏度等参数的设计，同时还要结合无人机飞控的实际运行需求进行精细化设计。而在动态参数设计过程中，要以阶跃响应、频率响应等为依据对传感器的分辨率参数进行合理控制，从而能够保障传感器在实际运行过程中的稳定性。

1.2优化机载传感器网络

在应用传感器的实际过程中，还需对应用环节进行严格把控，以通过对应用过程的持续优化促进无人机飞控系统安全性和稳定性的提升。传感器网络作为无人机飞控系统的一部分，其中搭载着各类传感器为系统运行时应用。无人机在获取相关数据信息后，通常需要返回基地查看相关资料数据，因而在这一过程中数据信息面临着极大的安全威胁，然而，基于传感器网络具有的信息实时传输和获取功能，无人机飞控系统能够更加快速地向监测中心传送数据信息，从而不仅提升了数据信息传输的效率，还使得数据信息安全性得到有效保证。由以上可以知道，机载传感器网络在无人机飞控系统中发挥的关键性作用，为充分发挥传感器网络的应用优势，还需要进一步优化系统的整体布局、调整线路方式，以此实现无人机飞控系统运行效率的持续优化与提升。

1.3应用精准导航控制技术

精准导航控制技术作为传感器衍生出的一种技术，同样能够为无人机飞控系统的升级优化提供技术支持，其工作原理是通过对多个传感器所获信息的融合实现精准导航。如今，随着无人机在我国应用范围的不扩大，无人机需要完成的工作量也在一路攀升，为进一步提升无人机的应用效率，有必要对无人机飞控系统中的精准导航系统进行升级和优化，同时搭载不同性能的传感器和平台，从而实现信息融合和系统运行效率的显著提升。在此过程中，充分发挥传感器的作用是关键环节，系统需要利用导航信息融合能力向监测中心提供精准位置、运行速度等数据信息，同时配上较强的信息接收和处理能力，无人机就可以在实际飞行中完成对各类数据信息的收集和处理工作，这时传感器的应用价值也得到了充分发挥^[2]。

2. 传感器在无人机飞控系统中的设计实例分析

为切实研究传感器在无人机飞控系统中的应用与设计，下面以一种以STM32F103单片机平台与多传感器为技术基础的无人机自动控制系统为对象，对其具体设计展开分析。

2.1系统总体技术

该无人机飞行控制系统采用Pixhak，系统控制板是STM32F103，由此可以实现遥控器型号的模拟，同时，在控制成本的基础上，下达飞行控制指令，无人机能够实现脱离遥控器而独立工作。而将传感器布置在采集板上，并构建起传感器网络，加上飞控传感器就可以向控制板传输采集到的数据信息，而后控制板向飞行控制板下达命令，事实上，这一过程就是对遥控器的模拟。整个系统则由三个层级组合而成，分别为采集层、控制层和无人机控制层^[3]。

2.2硬件设计

该系统采用的飞行控制板为Pixhawk，Pixhawk不同于APM，其在继承多线程编程环境的同时，能够通过PX4底层启动为全周期处理提供保障，从而满足了无人机高自由度飞行的实际需求。在运行过程中，系统主要利用控制板来实现对无人机运行状态的检测，与此同时，传感器的反馈、遥控器的模拟以及相关指令的传达都可以得到满足，其中对于各种指令的模拟主要依托于STM32来实现。而在搭建完控制板各项功能后，需要对多个传感器进行添加，由此系统才能够为无人机多样化功能的实现提供支持。同时，为了进步丰富系统中各种功能模块的搭建，系统利用单片机预留了较多接口，这些接口的预留能够帮助无人机完成更高难度的飞行任务。在定高模块硬件上，该系统则选用了bmp085的气压传感器，由此能够通过测量到的大气压对海拔高度实现实时转换，同时无人机距地高度也能够通过HC-SR04超声波常传器计算获得。

2.3软件设计

为提高传感器在无人机飞行控制系统的应用效率，本文研究的无人机自动控制系统在软件设计中也投入了不少精力。一方面，在设计控制板操作模板时，控制板能够通过模拟遥控器信号实现有效控制，无人机在开始进入工作后，首先需要通过按键控制接受相关信号，而后经过无人机的自检和自动解锁，从而使得操作人员能够安全撤离、无人机能够顺利完成飞行任务。另一方面，在设计无人机基本姿态控制时，设计需要围绕自动启动和自动降落展开，其中自动启动能够实现无人机的远程解锁和控制，而自动降落能够实现无人机的自动着陆和锁定，设计这些功能模块时都需要传感器的支持^[4]。

2.4实验分析

为验证该无人机飞控系统的实用性和稳定性，还需要对各项功能展开实验，基于该系统主要用于室内环境，本实验检测将在室内完成。通过多项飞行任务的多次实验结果分析可知，该系统在操作和性能上都具有一定的优势，能够满足无人机多样化的飞行任务。首先，系统能够实现对无人机的全程稳定控制，其次，相较于人工操作，该系统控制的稳定性更高且操作方便，最后，该系统实现了对人力成本的节约。但是，该系统只适用于室内环境，无法满足室外飞行的需求，因此在该方面还需进一步优化和完善。

结语

总之，当前传感器在无人机飞控系统中具有强大的应用优势，其中在合理设计传感器参数，优化机载传感器网络，应用精准导航控制技术等方面为传感器的实际应用提供了思路，然而，为最大限度地发挥传感器的应用优势还需要进行深入探讨和研究。

参考文献

[1]温忠亮.探究传感器在无人机飞行控制系统中的应用[J].科学技术创新,2020(08):17-18.

[2]黄智,刘元魁.无人机的飞行控制系统研究[J].电子技术,2021,50(08):42-43.

[3]孙显生,刘嵩鹤,刘恋.无人机飞行控制系统若干关键技术研究[J].无线互联科技,2020,17(18):9-10.

[4]庄淡盛.无人机飞行控制与传感器融合导航应用[J].中国新技术新产品,2021(13):33-35.