无人（rén）机的飞（fēi）行感（gǎn）知技术主（zhǔ）要用作两（liǎng）个用途，其一是提供给飞行控制系统，由于飞（fēi）行控制系统的主要功能是控制（zhì）飞机达到期望姿（zī）态和（hé）空间（jiān）位置（zhì），所以（yǐ）这部分的感（gǎn）知技（jì）术（shù）主要测量飞机运动状（zhuàng）态相（xiàng）关的物理量，涉及的模块包括陀螺仪、加速度（dù）计、磁罗盘、气压计（jì）、GNSS模块（kuài）以及光流模块等（děng）。另一个用途是提供给无人机的自（zì）主导航（háng）系统，也就是路径和避障（zhàng）规划系统，所以需要感知周围环（huán）境状态，比如障碍物的位置，相关的模块包括测距模块以及物体检（jiǎn）测、追踪模块等。
陀螺仪
目前诸如俊鹰商用（yòng）航（háng）测无人机普遍使用的是MEMS技术（shù）的陀螺仪，因为它的体积小，价格便宜，可以封装为IC的形式。MEMS式陀螺仪常用（yòng）来测量（liàng）机体绕自身轴旋转（zhuǎn）的角速率，常用的型号有6050A（Invensense），ADXRS290（ADI），衡量陀（tuó）螺仪性（xìng）能的指标包括测量范围（量程）、灵敏度、稳定性（漂（piāo）移）以及信噪比等。
加速度（dù）计
加速度计测量的是机体运动的线加速度（dù），但由于地（dì）球（qiú）引力，测（cè）量值中还（hái）会包含重力加速度（dù）分量（liàng），在（zài）某（mǒu）些使用（yòng）情况下需要把（bǎ）这部分减去。常用的（de）MEMS加（jiā）速度（dù）计传感器型（xíng）号有6050A（Invensense）和ADXL350（ADI）。部分传感器生产商为了提高芯（xīn）片集成（chéng）度，会将陀螺仪和加速度计封装在一起，称为六轴传感（gǎn）器（qì），例如（rú）6050A（Invensense）。
磁罗盘
磁罗（luó）盘测量的物理量（liàng）是地（dì）球磁场强度沿机体轴的分（fèn）量，并依（yī）此（cǐ）计算出机体的航（háng）向角（jiǎo）。常用的MEMS磁（cí）罗盘传感器型（xíng）号有HMC5983L（Honeywell）和QMC5883L（矽睿），两者性（xìng）能相近，其（qí）中（zhōng）前者目前已经停产。磁罗盘主要的性能参数包括灵敏度、稳定性（漂移）等。
气压计
气压计（jì）测量（liàng）的物理量是大气（qì）压值，根据（jù）该数值可（kě）计算出绝对海拔高度。常用（yòng）的气（qì）压计传感器型号包括MS5611（MEAS）、MS5607（MEAS）以及BMP180（Bosch）。气（qì）压（yā）计在使（shǐ）用（yòng）过程中（zhōng）存在的（de）问（wèn）题是，在近地面飞（fēi）行时，“地面效应（yīng）”的存在会导致飞机周围气（qì）体的气压（yā）分布与静止状态下的（de）大气（qì）不同，使得无法（fǎ）用气压计来测算出高度。通常的解决（jué）办法是（shì）在（zài）起（qǐ）飞或（huò）降（jiàng）落时使（shǐ）用其他传感器，比如（rú）超声（shēng）波传感器（qì）或激光测距仪（yí）。
GNSS模块
GNSS模块测量的物理量相（xiàng）对比较丰（fēng）富，主要包括地（dì）理坐标（经纬（wěi）度（dù））、海拔高度、线速（sù）度以及航向角（RTK系统）。常用的GNSS模块生产商包（bāo）括瑞士（shì）的U-BLOX和（hé）加拿大的NOVATEL。在使用GNSS模（mó）块时，卫星信号接收天线（xiàn）的放（fàng）置需要要（yào）注（zhù）意电磁干扰（rǎo）的屏蔽，部分有实力的整机生产厂商会根据飞机型号专（zhuān）门（mén）定制卫星信号接收天线。
光流模（mó）块
光流模块是一个比较特殊的模块，既（jì）可（kě）以用来感知机（jī）体的运动状态（tài），如测（cè）量水平方向的位移速（sù）度，也可（kě）以用来感知周（zhōu）围的（de）环境，用作避障的用途。比较常见（jiàn）的光（guāng）流模块是（shì）开（kāi）源的PX4FLOW。光流模块通常在室内使用，主要（yào）是为（wéi）了解决室内卫星信号不（bú）佳的（de）问题，另外对于拍（pāi）摄（shè）的地面需（xū）要有一（yī）定纹理图案。
五个常用的测距模块（kuài）
超声波和红（hóng）外TOF各方面性能（néng）比较相似（sì），比如测量距离都比较近（jìn），像超声波测量的距离一般在4米左右。另外（wài）这两种传（chuán）感器的（de）使用范围都（dōu）容易受到实（shí）际环境的限制，比如（rú）红（hóng）外TOF是向（xiàng）被测（cè）物体表面发（fā）射红光并反射，如果遇到（dào）红光（guāng）反（fǎn）射率不高的物体像玻璃就会失效。但这两种传感器有一个（gè）最大（dà）的优势就是（shì）成本低，另外模块体积也比（bǐ）较小，所以在消费（fèi）类无人机上得到了（le）广泛使（shǐ）用。
激（jī）光雷达测距一般都比较（jiào）远（yuǎn），大多（duō）数（shù）产品都可以达到100米（mǐ）以（yǐ）上，但（dàn）是大雨大雾的天气环境会影响其测量结（jié）果。另外（wài）的劣势在于（yú）成本比（bǐ）较（jiào）高：在激光雷达行业实力最强的是Velodyne，它（tā）的一款适用于无人机使用的（de）小型（xíng）化产品（pǐn）VLP-16价格也达到了1000美元以上，对于商用无人机来说成本还是比较高（gāo）。
深度感知（zhī）摄像头根据测量技术可以分为（wéi）三种，立体（tǐ）摄像头，也叫双目（mù）视觉技术（shù），代表产品就是大疆的精灵4；结构光技术，代（dài）表产品有（yǒu）微软的Kinect；时差测距技（jì）术（TOF），由（yóu）于生（shēng）产厂（chǎng）家较（jiào）少而且成本较高（gāo），因此在（zài）无人机上的应用（yòng）很少。深度感知（zhī）摄像头在使用时也存在局（jú）限性，双目视觉技术的缺点是在（zài）低（dī）光环境下（xià）无法（fǎ）正（zhèng）常工作，而结构光技术则与之相（xiàng）反，在强光下（xià）无法（fǎ）正（zhèng）常工作。因此有的厂（chǎng）家把两种技术进行组合，弥（mí）补彼此（cǐ）的缺陷，扩（kuò）大其适用（yòng）的环境范（fàn）围。
传感器校准
传感器校准，包（bāo）括精校准和粗校准（zhǔn）。精校准（zhǔn）效果比较好，但（dàn）需要昂贵的标定设备；粗校准则不需（xū）要借助外（wài）部设备，只对（duì）传感器本身进行（háng）操（cāo）作即可。
以磁罗盘的（de）粗校准为例，由于地球（qiú）上（shàng）任意位置的地（dì）磁场强度（dù）在较长时间跨度内都可视为是恒定的（de），当转动磁罗盘时，根（gēn）据相对运动可假（jiǎ）设磁罗盘固（gù）定不动，而地（dì）磁场（chǎng）矢量随之在转动，其矢量端（duān）点在空（kōng）间的轨迹应为（wéi）一个标准的球体，但由于传感器存在误差，实（shí）际测出的数（shù）据（jù）并（bìng）不严格都在球体的表面，这时候就需要（yào）根据测（cè）量出来的数值以及已知（zhī）的准确值（zhí）来计算两者（zhě）之间的换算关系，也就（jiù）是该款磁罗盘的误差模型。在（zài）以后（hòu）使用该款磁罗盘时就可以根据粗校准得出的误差模型来（lái）处理测（cè）量值，使得测量值的（de）误差减小（xiǎo）。
磁罗盘校准（SGB sbgcenter）
不同类型的（de）传感器数据融合方法（fǎ）有多种，在业内用的比较普遍而且效果也比较好的是（shì）EKF，也就是扩展卡（kǎ）尔曼（màn）滤波。
以计（jì）算飞机姿态（tài）角（jiǎo）的融合（hé）方法为例，EKF更（gèng）新过程主要分为两（liǎng）个部分，预测更新和量测更新。预测（cè）更新主（zhǔ）要利用陀（tuó）螺仪更新预测状态量，同时（shí）计算该状态（tài）量的协（xié）方差矩阵。在量测更新（xīn）中（zhōng）先会计算滤波增（zēng）益（yì），然后使（shǐ）用滤波增益融合预测状态量（liàng）、加速度计以及磁罗盘的数据，成为（wéi）一个（gè）融合状态量，同时计（jì）算融合状态（tài）量的协方差矩（jǔ）阵，在（zài）下一次（cì）更（gèng）新周期的计算中（zhōng）使用。
计算姿态角的融合（hé）方法流程
传感器冗余（yú）设计主要是将多个同种传感器（qì）进行组合，处理（lǐ）方法是首先会（huì）剔除数据异常（cháng）的传感器，然后（hòu）再进行传感器的融合。冗余设计不（bú）仅可以提高测量精度也可以提高整套系统的可靠性，在（zài）某一（yī）个传感器失效的情况发生时，让整个系统能够（gòu）继续（xù）正常（cháng）工作。
咨询航拍（pāi）服务（wù）可加昆明俊鹰无人机飞控手（shǒu）老鹰的微信laoyingfly |
