惯性MEMS传感器用于UAV应用
目前，UAV的市场规模和范围持续蓬勃发展，随着新应用的不断涌现，UAV的应用也越来越普遍，无论是运送邮件还是包裹、为儿童和老年人提供娱乐、安全监控、农业或工业管理，或开辟航空摄影的新视野。这种普遍应用背后的关键因素之一便是使用了高性能微机电系统（MEMS）传感器。
MEMS传感器对UAV飞行性能的影响
得益于采用惯性MEMS传感器，UAV可确保其方向稳定，并可由用户精确控制，甚至可自主飞行。然而，依然存在一些挑战让UAV系统设计变得十分复杂，例如电机未经过完美的校准，有效载荷不同会影响系统的动态性能，外在飞行条件可能会发生急剧的改变，或者传感器本身也可能引入误差。这些挑战会造成定位处理偏差，并最终导致导航期间的位置偏差，甚至造成UAV失灵。
要使UAV超越玩具的范畴，高品质MEMS传感器和先进软件至关重要。UAV的惯性测量单元（IMU）、气压传感器、地磁传感器、应用特定型传感器节点（ASSN）和传感器数据融合的精度对其飞行性能有着直接和实质性的影响。
尺寸限制以及苛刻的环境和操作条件（如温度变化和振动）都对传感器提出了更高的要求。MEMS传感器必须尽可能避免这些影响，并提供精确、可靠的测量。有多种方法可以实现出色的飞行性能：软件算法，如传感器校准和数据融合；机械系统设计，例如减少振动，以及根据UAV制造商自己的要求和需求选择MEMS传感器。下面就让我们通过一些示例来仔细研究一下MEMS传感器。
多种MEMS传感器技术在UAV中的具体应用
UAV的核心是姿态航向参照系统（AHRS），其中包括惯性传感器、磁力计和处理单元。AHRS估算设备定位，例如滚动、俯仰和偏航角。传感器误差（如偏移、灵敏度误差或热漂移）会导致定位错误。下图显示了加速度计偏移函数形式的定位误差（滚动、俯仰角），这通常是造成传感器连续误差的核心根源（图2）。例如，仅20mg的加速度计偏移便会导致设备方向出现1度误差。
UAV中MEMS传感器技术的应用分析
加速度计偏移引起的倾斜误差
惯性测量单元（IMU）包括加速度传感器和陀螺仪，以及相应的嵌入式处理能力，这使其能够在线性移动和旋转方面识别运动。磁力计如同一部指南针，可以根据地球的磁场建议UAV的航向。
UAV内置的高性能气压传感器可精确测量高度，可以与IMU的测量结果结合使用，一起进行高度控制。气压传感器必须尽可能避免外部影响和不准确性。对UAV中压力传感器的要求通常非常苛刻。由于受到不理想天气和温度条件的影响，必须将传感器的精度保持在严格的公差范围内，而且传感器必须具有低延迟性，以及在长时间下的极低漂移。
应用特定型传感器节点（ASSN）提供高度集成的智能传感器集线器，将多个传感器组合在一个封装中，并配有可编程微控制器。它为运动传感应用提供灵活的低功耗解决方案。
除了单独传感器之外，我们还可以在系统层面对UAV的整体信号处理结构进行查看，并确定集成传感器读数和控制所需的软件。通过使用这些集成传感器，以及对各种传感器数据进行融合，可以直接在芯片上执行某些软件功能（比如定向处理）。除了MEMS传感器，Bosch Sensortec还提供用于定位处理的传感器数据融合软件，其中包括传感器校准、传感器数据预处理和定位处理等功能。对于UAV制造商而言，这可以显著降低工程和软件的复杂性、避免不必要的风险并缩短产品上市时间。
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