Sergej Scheiermann，Bosch Sensortec感应器解决方法产品运营

无人飞机的市场容量和范畴不断迅猛发展，新应用软件层出不穷。无人飞机的运用也变得越来越广泛，不论是运输电子邮件或是包囊、为少年儿童和老人给予游戏娱乐、安全防范、农牧业或工业生产管理方法，或开拓航空摄影测量的新视野。

最开始，大部分无人飞机全是比较简易的小玩具。殊不知近期，其航行工作能力明显提升，使其更安全性、更平稳、更易于控制，进而可以用以更普遍的日常生活运用。

这类优化的主要因素之一就是应用了性能卓越微机电系统（MEMS）感应器。而且无人飞机感应器销售市场已经持续增长：

依据IHS Markit（顾客和移动设备运动传感器——2017年）的数据信息，无人飞机和小玩具直升飞机中MEMS运动传感器（即加速度传感器、手机陀螺仪、IMU和液位传感器）的销售市场至2021年预估将实现约7000万台，并且2018至2021复合型增长率可做到17％。

MEMS感应器对无人飞机起飞特性的危害

归功于选用惯性力MEMS感应器，无人飞机可保障其方位平稳，并可由客户精准操纵，乃至可独立航行。殊不知，一些挑戰使无人飞机控制系统设计越来越十分复杂，比如电动机未极致校正，系统软件动态性很有可能依据重力梯度而转变，实际操作标准很有可能发生基因突变，或传感器存有偏差。这种挑戰会导致精准定位解决误差，并最后造成导航栏期内的位子误差，乃至导致无人飞机无效。

要使无人飞机超过小玩具的范围，高质量MEMS感应器和专业手机软件尤为重要。无人飞机的惯性力精确测量模块（IMU）、气压感应器、地磁传感器、运用特殊型感应器连接点（ASSN）和感应器数据预处理的精密度对其航行特性具有立即和实际的危害。

规格限定及其严苛的自然环境和使用标准（如溫度转变和震动）将对感应器的需求提高到新的水准。MEMS感应器务必尽量防止这种危害，并给予精准、靠谱的精确测量。

有很多种办法还可以完成优异的航行特性：手机软件优化算法，如感应器校正和数据预处理；机械设备控制系统设计，比如降低震动，及其依据无人飞机生产制造商自身的需求和需要挑选MEMS感应器。下边便让人们认真科学研究一下MEMS感应器并参照一部分实例。

无人飞机的关键取决于其姿势前进方向参考系统软件（AHRS），在其中包含惯性力感应器、磁力计和控制部件。AHRS估计机器设备精准定位，比如翻转、仰俯和偏航角。感应器偏差（如偏位、敏感度偏差或热飘移）会致使精准定位不正确。图1表明了加速度传感器偏位涵数类型的市场定位偏差（翻转、俯仰角），这一般是导致感应器持续偏差的关键根本原因。比如，仅20 mg的加速度传感器偏位便会致使机器设备方位发生1度偏差。

图1：加速度传感器偏位造成的歪斜偏差

惯性力精确测量模块（IMU）

IMU包含瞬时速度感应器和手机陀螺仪，及其对应的内嵌式程序处理。这使其可以在线形挪动和转动层面鉴别健身运动。

Bosch Sensortec的BMI088是一款六轴IMU，具备低噪音16位加速度传感器和低飘移16位手机陀螺仪。这类高精密机器设备的工艺源于高档汽车传感器，因而可在长期内给予优异的参考点和溫度可靠性，并具备高震动可靠性，使其变成 无人机应用的满意挑选。

图2表明了BMI088在不一样环境温度下的典型性偏位飘移。

图2：BMI088在不一样环境温度下的典型性零重力和零速度偏位飘移

所显示的加速度传感器偏位飘移范畴仅为10 mg，而手机陀螺仪感应器的偏位飘移则低于0.5 dps。除此之外，BMI088随环境温度转变展现线形发展趋势，且落后十分小。这促使BMI088十分适用无人飞机和智能机器人运用。

气压感应器

无人飞机内嵌的性能卓越气压感应器可精准测量高宽比，并与IMU的髙度操纵读值融合应用。气压感应器务必尽量防止外界危害和不精确性。

现如今，融合例如GPS和光流等额外感应器，距离感应器可用来提升操作系统的安全性并降低部位偏差。

Bosch Sensortec的新式BMP388气压感应器给予高宽比信息内容，以改进航行可靠性、高宽比操纵、起降和降落特性。这促使无人飞机操纵易如反掌，从而吸引住更普遍的客户。

对无人飞机中液位传感器的规定一般 十分严苛。因为遭受不理想化气温和气温标准的危害，高宽比精密度务必保证在严苛的尺寸公差范畴内，并且感应器必需具备低延时性，及其在长期下的非常低飘移。BMP388达到这种严格规定，相对性精密度达 /-0.08 hPa（ /- 0.66m），肯定精密度为300至1100 hPa /- 0.5 hPa，低TCO一般 小于0.75 Pa/K。它具备具有诱惑力的性价比高、功耗低和仅为2.0 x 2.0 x 0.75mm3的很小封裝规格。

除开TCO改善以外，也有多种多样要素有利于提升总体精密度：相对性精确度、噪音、可靠性和肯定精密度。从愚钝的小玩具到高精密飞机场；只需技术工程师想要，现阶段自主创新工业生产和商业服务无人飞机的使用发展潜力可以说广阔无垠。

磁力计

磁力计好似一部罗盘，能够依据地球上的电磁场完成无人飞机的前进方向。Bosch Sensortec的BMM150便是一个事例，这也是一部三轴数据地磁传感器。

BMM150与BMI088型IMU融合应用，可给予九可玩性（DoF）解决方法，用以前进方向估计和导航栏。在广泛温度范围内的可靠性能、16位屏幕分辨率和抗磁场的工作能力（无带磁可保持比较稳定的感应器偏位）使BMM150特别适合无人机应用，并最大限度地降低了感应器偏位校正需要的劳动量。

运用特殊型感应器连接点

运用特殊型感应器连接点（ASSN）给予高宽比集成化的传感器技术网络交换机，将众多感应器组成在一个封裝中，并装有可编程控制器微处理器。它为健身运动感测器运用给予灵便的功耗低解决方法。

比如，Bosch Sensortec的BMF055是一款含有集成化加速度传感器、手机陀螺仪、磁力计和32位系统Cortex M0 微处理器的ASSN，用以包含感应器輸出以内的应用管理。BMF055与精准定位图像处理软件紧密结合可作为AHRS。该机器设备选用5.2 x 3.8 x 1.1 mm3中小型封裝，节约了珍贵的区域和净重。该感应器为无人机应用给予了一体化封裝。图3展现了BMF055在无人机应用中做为具备集成化感应器结合优化算法的精准定位控制部件的应用。

图3：BMF055（ASSN）在无人机应用中作为AHRS。

信号分析和手机软件

除开独立感应器以外，大家还能够在系统软件方面对小型无人机的总体信号分析构造开展查询，并明确集成化感应器读值和调节需要的手机软件。

图4表明了经典的消费者级无人飞机中的不一样信号分析作用。左边列表明独立感应器，右边列表明继承的手机软件解决作用，如精准定位解决和航行控制系统。暗蓝色感应器控制模块意味着最领先的感应器，关键用来完成房间内和玩具无人机的可靠性，深灰色感应器控制模块表明户外航行和全自动航道点导航栏需要的拓展可选作用。

应用集成化感应器，一些手机软件作用（如精准定位解决）可根据关键结合各种各样感应器读值立即在集成ic上得到实行。除开MEMS感应器，Bosch Sensortec还给予用以精准定位解决的感应器数据预处理手机软件，在其中包含感应器校正、感应器数据预处理和精准定位解决等作用。针对无人飞机生产商来讲，这能够明显减少工程项目和系统的多元性、防止多余的隐患并减少商品上市时间。

殊不知，生产商仍旧须要出示自身的手机软件，尤其是无人飞机的机械结构设计和动力学模型独有编码，比如控制电路和测试用例特殊作用。

图4：消費级小型无人机的信号分析简述

典型性的无人飞机作用

使我们来关心一下自主创新MEMS传感技术怎样与APP紧密结合，完成当代无人飞机作用。

即便 在降低成本的玩具无人机中，繁杂的作用现如今仍然十分普遍。最先，推进器运用IMU輸出将无人飞机维持在水准部位。根据集成化来源于气压感应器的数据信息使无人飞机维持在其极度和部位，比如在小玩具运用中，可使无人飞机旋转而不更改高宽比。結果就是，航空员不用好几个钟头的训练来了解基本上姿势，而且明显减少了出现意外撞击的风险性。

与GPS模块的数据预处理为无人飞机带来了一部分有意思的室外航行作用，比如好几个航点中间的独立航行，及其“回家”作用，即无人飞机全自动回到其起止部位并安全性着陆。

别的较新的作用包含“路轨方式”或“追随我方式”，即无人飞机紧紧围绕特殊点转动或具备独立工作人员追踪的工作能力。根据融合照相机，航空员现在可以从俯瞰角度开展自身观查，与此同时“携无人飞机散散步”，乃至能够根据手式与无人飞机互动交流。

无拘束

自动化技术、半导体材料和现如今MEMS感应器的发展趋势——包含其连续不断增强的精密度和微型化趋势——预兆着将来没有人遥控飞机将更加普及化。从气温或环境污染检测、家畜管理方法、安全性或交货系统软件到下一代提高现实游戏或物联网云平台，新科技飞机场和无人飞机将在人们的日常日常生活充分发挥更加关键的功效。而BOSCH的MEMS感应器将变成其关键。

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