无人机的传感器之陀螺仪

无人机的传感器之陀螺仪

引用

CSDN

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https://blog.csdn.net/weixin_38225837/article/details/146518943

无人机导航系统中，不可或缺的传感器之一是陀螺仪。本文将详细介绍陀螺仪的定义、工作原理、结构、输出信息、主要参数以及在无人机中的具体应用。

什么是陀螺仪？

陀螺仪，英文为Gyroscope，是一种用于测量角度及维持方向的装置。

陀螺仪的工作原理

• 机械陀螺仪是基于角动量守恒的理论设计出来的一种能够感知物体的旋转运动和保持方向稳定的仪器。
• 微机电陀螺仪（MEMS）是利用科里奥利力（原理，通过检测振动方向的位移来测量旋转角速度。

陀螺仪的结构

• 无人机的使用环境是三维空间，需要的是三轴方向的角速度量。
• 机械陀螺仪本身就是三维空间的装置。
• 微机电陀螺仪本身只能测量单轴，如需三维空间的角速度信息，只能在芯片内部设计时在三个轴向（X、Y、Z轴）都设计该装置。

陀螺仪输出了哪些信息？

• 输出姿态角度信息，有俯仰角，横滚角，偏航角。
• 俯仰角描述无人机机头抬高还是压低
• 横滚角描述无人机机翼的左右倾斜。
• 偏航角描述无人机的在水平面的转向，即航向的变化。
• 输出角速度信息，三个轴的角速度来描述无人机在三维空间中的旋转运动状态。

陀螺仪主要参数

• 测量范围，能够测量到物体角速度或角度移动的最大和最小范围。单位 rad/s或°/s。
• 精度，能够衡量测量的角速度或角度与真实值的误差，精度越高测量值越可靠和准确。
• 温度，温度的变化直接影响电子元件性能和使用范围。
• 启动时间，在接通电源到能输出稳定准确的数据时间。

陀螺仪在无人机中的具体应用

• 在无人机通常陀螺仪和加速度计在一起使用，陀螺仪数据在加速度计的融合后能提供更加可靠和准确的姿态数据。
• 芯片制造商也会把陀螺仪和加速度计结合在一颗芯片内部使用，经常说的6轴传感器就是指的芯片内包含了3个轴的陀螺仪和3个轴的加速度计。
• 小型飞行器中一般使用的都是微机电陀螺仪，便于集成在更小芯片。而对于机械陀螺仪主要使用在对精度，稳定性等有更高要求的航空、航海、航天及军事领域。