​浅谈四旋翼无人机上的常用传感器及其作用

四旋翼无人机上的常用传感器，主要包括角速度传感器（陀螺仪）、加速度传感器（加速度计）、地磁传感器（数字罗盘）、气压传感器（气压计）等。

各种传感器分析

对于角速度传感器，加速度传感器，地磁传感器和气压传感器，除了气压传感器外，余下的三个传感器均能提供X、Y、Z三轴的测量数据，综合在一起，可以称做10轴传感器。为了方便更好理解各个传感器的功能，总结如下：
（1）角速度传感器：利用旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时的不变性，测量外力对物体的影响。跟地球万有引力和地球南北极的磁力具有固定方向性不同，旋转物体的旋转轴方向是不确定的，因而角速度传感器只能用来测量位置改变，而无法像加速度传感器和地磁传感器那样，测量出物体的绝对角度和姿势。我们必须要注意，角速度传感器输出的角速度是瞬时量，它的测量基准是自身，并没有系统外的绝对参照物。
（2）加速度传感器：利用了地球万有引力，把重力加速度投影到X、Y、Z轴上，测量出物体的姿势。
（3）地磁传感器：利用了地球南北极的磁场所产生的吸力，并投影到X、Y、Z轴上，测量出物体的方位和姿态。

可以看出，除了气压传感器外，加速度传感器，地磁传感器和角速度传感器均可以用于对物体的姿势进行检测，从而对四轴飞行器平衡进行控制。那么它们的缺点分别是什么呢？
对于地磁传感器：磁场是非常容易发生干扰的。所谓电磁效应，即电场会产生磁场，而磁场又会产生电场。我们单纯用地磁传感器来控制四轴飞行器的平衡，那么一个电器产生的磁力感应有可能被误认为是飞行器的姿势发生了改变，从而引起微处理器改变电机的平衡转速，从而导致四轴飞行器失去平衡。飞行器中最容易产生磁场的就是电机，也就是说，电机不通电能够测出地磁场，一通电，磁场传感器就傻了。如果做的不是静态模型，建议不要考虑磁场了，为自己省点银子。

对于加速度传感器，我们知道运动中的物体会产生包括重力加速度在内的各种各样的加速度。当四轴飞行器起飞的一霎那，由于电机转速本身的重量和转速误差，我们无法感知飞行器本身的受力情况，从而无法通过加速度来判别物体的姿势。要获得准确的物体角度和姿势，加速度传感器就需要在静止或者匀速的情况下进行测量，而飞行器起飞的瞬间，物体是运动的，所以你无法用它来平衡四轴飞行器。

对于角速度传感器：角速度传感器是理想的平衡控制传感器，它能感知物体的运行变化。四轴飞行器的微处理器通过读取这些数据进行分析，并根据运动变化进行反馈控制，即可以使得物体保持平衡。四轴飞行器在起飞瞬间，飞行器在四个电机的作用力下，开始运动，由于不同电机的驱动力差异，飞行器姿势会发生改变，微处理器获得这些改变后，微调各个电机的转速，从而使得飞行器达到平衡。

那么只有角速度传感器的四轴飞行器可以飞吗？理论上是可行的，但是，角速度传感器无法绝对定位自己的位置和姿势，它只是感知物体的姿势改变，然后通过微控制器来阻止这种改变，从而获得平衡。简单来说，四轴飞行器起飞瞬间，如果它的位置是斜的，那么它平衡后，位置也是斜的，因为它无法知道自己的初始状态。所以只有角速度传感器的四轴飞行器无法水平飞行，无法感应飞行姿势，也无法修正飞行姿势。此外，还需要注意，角速度传感器输出的瞬时量其实并不适合于用来直接进行平衡控制。