航拍无人机受热捧 MEMS磁传感器充当指南针助力精准导航

　　小米多平台召开无人机发布会宣布进军消费级无人机市场，此举使得消费级的航拍无人机炙手可热。与此同时，用于检测地球磁场的MEMS磁传感器也广泛应用到航拍无人机导航系统，以提升导航定位的精度及速度。那么，MEMS磁传感器在航拍无人机导航系统中是如何工作的?又有哪些技术挑战?对此，《华强电子》杂志邀请相关企业进行探讨。

　航拍无人机飞行发展势好 MEMS磁传感提高导航精度

　　美国金融服务公司奥本海默发布的无人机行业报告对美国和世界民用无人机行业进行了全面分析，认为航拍应用发展良好，物流运输尚未成熟。最成熟的无人机应用有：航空摄影、边境巡逻、精准农业以及公共安全维护;最成熟的无人机技术有：通信系统、GPS、微处理器、发动机和传感器。

　　在航空摄影即航拍无人机方面，根据具体应用又可将其划分为玩具级别以及专业级别的航拍无人机。由于无人机成本高昂加之玩具级无人机功能相对低端，因此玩具类无人机中的航拍系统常采用来自手机等消费类产品的磁传感器，而专业级无人机由于对航拍稳定性以及航拍质量的严格要求，因此常使用工业级的MEMS磁传感器以保障导航定位的精确性。

美新产品开发副总裁刘海东

　　美新产品开发副总裁刘海东在接受《华强电子》采访时告诉记者，无人机是一个新兴的市场，而磁传感器已经应用到每一台无人机中，因此随着无人机的普及，磁传感器的出货量也随着增长。此外他还告诉记者，目前的航拍无人的导航方式还是综合采用的GPS+惯性导航的方式。

　　而所谓的惯性导航通常是由两个或以上的传感器(陀螺仪、加速度计、磁场计和/或GPS)信息用于飞机相对地球的航向矢量和速度矢量。

　　加速度计用于测量加速度。借助一个三轴加速度计可以测得一个固定平台相对地球表面的运动方向，但是一旦平台运动起来，情况就会变得复杂的多。如果平台做自由落体，加速度计测得的加速度值为零。如果平台朝某个方向做加速度运动，各个轴向加速度值会含有重力产生的加速度值，使得无法获得真正的加速度值。例如，安装在60度横滚角飞机上的三轴加速度计会测得2G的垂直加速度值，而事实上飞机相对地区表面是60度的倾角。因此，单独使用加速度计无法使飞机保持一个固定的航向。

　　陀螺仪测量机体围绕某个轴向的旋转角速率值。使用陀螺仪测量飞机机体轴向的旋转角速率时，如果飞机在旋转，测得的值为非零值，飞机不旋转时，测量的 值为零。因此，在60度横滚角的飞机上的陀螺仪测得的横滚角速率值为零，同样在飞机做水平直线飞行时，角速率值为零。可以通过角速率值的时间积分来估计当前的横滚角度，前提是没有误差的累积。陀螺仪测量的值会随时间漂移，经过几分钟甚至几秒钟定会累积出额外的误差来，而最终会导致对飞机当前相对水平面横滚角度完全错误的认知。因此，单独使用陀螺仪也无法保持飞机的特定航向。

　　由此可以看出加速度计在较长时间的测量值(确定飞机航向)是正确的，而在较短时间内由于信号噪声的存在，而有误差。陀螺仪在较短时间内则比较准确而较长时间则会有与漂移而存有误差。因此，需要两者(相互调整)来确保航向的正确。

　　事实上，即使使用了两者，也只可以用于测得飞机的俯仰和横滚角度。对于偏航角度，由于偏航角和重力方向正交，无法用加速度计测量得到，而由于MEMS磁传感器对磁场变化和惯性力十分敏感，因此常用作校准测量偏航角度的陀螺仪的漂移值。