無(wú)人飛行器近一年來(lái)市場(chǎng)非?；鸨苿?dòng)了包括MEMS陀螺儀、加速度計(jì)的大規(guī)模普及應(yīng)用?！峨娮庸こ虒］嫛分骶帍堄x日前撰文《多軸飛行器無(wú)人機(jī)硬件技術(shù)細(xì)談》，文中通過(guò)采訪ADI亞太區(qū)微機(jī)電產(chǎn)品市場(chǎng)和應(yīng)用經(jīng)理趙延輝，對(duì)MEMS傳感器在無(wú)人飛行器中的產(chǎn)品技術(shù)及應(yīng)用做了深度解讀。

ADI的工業(yè)級(jí)陀螺儀ADXRS652、 ADXRS620、ADXRS623、ADXRS646、ADXRS642等和工業(yè)級(jí)加速度計(jì)ADXL203、 ADXL278等被廣泛用于專業(yè)級(jí)的航拍設(shè)備上。而商業(yè)級(jí)的加速度計(jì)ADXL335、ADXL326、 ADXL350、ADXL345等，也一直被廣泛應(yīng)用于一體機(jī)及各種飛行器中。

這些MEMS傳感器主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)飛行器的平穩(wěn)控制和輔助導(dǎo)航。飛行器之所以能懸停，可以做航拍，是因?yàn)镸EMS傳感器可以檢測(cè)飛行器在飛行過(guò)程中的俯仰角和滾轉(zhuǎn)角變化，在檢測(cè)到角度變化后，就可以控制電機(jī)向相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而達(dá)到穩(wěn)定的效果。這是一個(gè)典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)。至于用MEMS傳感器測(cè)量角度變化，一般要選擇組合傳感器，既不能單純依賴加速度計(jì)，也不能單純依賴陀螺儀，這是因?yàn)槊糠N傳感器都有一定的局限性。

比如說(shuō)陀螺儀輸出的是角速度，要通過(guò)積分才能獲得角度，但是即使在零輸入狀態(tài)時(shí)，陀螺依然是有輸出的，它的輸出是白噪聲和慢變隨機(jī)函數(shù)的疊加，受此影響，在積分的過(guò)程中，必然會(huì)引進(jìn)累計(jì)誤差，積分時(shí)間越長(zhǎng)，誤差就越大。這就需要加速度計(jì)來(lái)校正陀螺儀，因?yàn)榧铀俣扔?jì)可以利用力的分解原理，通過(guò)重力加速度在不同軸向上的分量來(lái)判斷傾角。

由于沒(méi)有積分誤差，所以加速度計(jì)在相對(duì)靜止的條件下可以校正陀螺儀的誤差。但在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，加速度計(jì)輸出的可信度就要下降，因?yàn)樗鼫y(cè)量的是重力和外力的合力。較常見的算法就是利用互補(bǔ)濾波，結(jié)合加速度計(jì)和陀螺儀的輸出來(lái)算出角度變化。

ADI亞太區(qū)微機(jī)電產(chǎn)品市場(chǎng)和應(yīng)用經(jīng)理趙延輝

趙延輝表示，ADI產(chǎn)品主要的優(yōu)勢(shì)就是在各種惡劣條件下，均可獲得高精度的輸出。以陀螺儀為例，它的理想輸出是只響應(yīng)角速度變化，但實(shí)際上受設(shè)計(jì)和工藝的限制，陀螺對(duì)加速度也是敏感的，就是我們?cè)谕勇輧x數(shù)據(jù)手冊(cè)上常見的deg/sec/g的指標(biāo)。

對(duì)于多軸飛行器的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，這個(gè)指標(biāo)尤為重要，因?yàn)轱w行器中的馬達(dá)一般會(huì)帶來(lái)較強(qiáng)烈的振動(dòng)，一旦減震控制不好，就會(huì)在飛行過(guò)程中產(chǎn)生很大的加速度，那勢(shì)必會(huì)帶來(lái)陀螺輸出的變化，進(jìn)而引起角度變化，馬達(dá)就會(huì)誤動(dòng)作，最后給終端用戶的直觀感覺(jué)就是飛行器并不平穩(wěn)。除此之外，在某些情況下，如果飛行器突然轉(zhuǎn)彎，可能會(huì)造成輸入轉(zhuǎn)速超過(guò)陀螺儀的測(cè)試量程，理想情況下，陀螺儀的輸出應(yīng)該是飽和輸出，待轉(zhuǎn)速恢復(fù)到陀螺儀量程范圍后，陀螺儀再正確反應(yīng)實(shí)時(shí)的角速度變化，但有些陀螺儀確不是這樣，一旦輸入超過(guò)量程，陀螺便會(huì)產(chǎn)生震蕩輸出，給出完全錯(cuò)誤的角速度。

還有某些情況下，飛行器會(huì)受到較大的加速度沖擊，理想情況陀螺儀要盡量抑制這種沖擊，ADI的陀螺儀在設(shè)計(jì)的時(shí)候，也充分考慮到這種情況，利用雙核和四核的機(jī)械結(jié)構(gòu)，采用差分輸出的原理來(lái)抑制這種“共?！钡臎_擊，準(zhǔn)確測(cè)量“差?！钡慕撬俣茸兓５承┩勇輧x在這種情況下會(huì)產(chǎn)生非常大錯(cuò)誤輸出，甚至是產(chǎn)生震蕩輸出。

“對(duì)于飛行器來(lái)說(shuō)，最重要的一點(diǎn)就是安全，無(wú)論它的硬件設(shè)計(jì)還是軟件設(shè)計(jì)，都要首先保證安全，而后才是極致的用戶體驗(yàn)。ADI的MEMS傳感器設(shè)計(jì)理念恰好跟此想吻合，我們的MEMS傳感器首先是保證在各種極端條件下的穩(wěn)定性，而后才是追求極致的指標(biāo)。根據(jù)客戶實(shí)測(cè)反饋，在飛行器誤操作，不小心掉落后，ADI的陀螺儀輸出基本不會(huì)受任何影響，而其它某些陀螺儀會(huì)出現(xiàn)非常大零點(diǎn)偏移。ADI的加速度計(jì)在受到?jīng)_擊后，也不會(huì)產(chǎn)生任何可靠性問(wèn)題，而其它某些加速度計(jì)則會(huì)以很大概率出現(xiàn)完全沒(méi)有輸出的現(xiàn)象。這些用戶實(shí)測(cè)出來(lái)的差異，都是得益于ADI MEMS傳感器在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)各種極端情況的充分考慮?！壁w延輝說(shuō)。

集成化方向發(fā)展，比如3軸加速度加上3軸陀螺儀的集成產(chǎn)品，甚至是SOC，把處理器也集成進(jìn)去，直接提供角度輸出供后端處理器調(diào)用。由于飛行器的應(yīng)用場(chǎng)景一般都是戶外，客戶勢(shì)必會(huì)做全溫范圍內(nèi)的溫度補(bǔ)償，而在出廠前就對(duì)MEMS產(chǎn)品做好了全溫范圍內(nèi)的溫補(bǔ)，或者是設(shè)計(jì)超級(jí)低溫漂的傳感器，都會(huì)是MEMS產(chǎn)品在這一領(lǐng)域的發(fā)展方向。當(dāng)然可靠性依然是最重要的指標(biāo)?！彼J(rèn)為。