任务三了解无人机的感知系统;
任务描述
人类依赖自身的感觉器官来捕捉外界信息，但在深入研究自然现象、探索科学规律及开展生产活动时，这些器官的功能显然有所局限。随着新技术革命的浪潮席卷全球，我们已迈入信息时代，其中，获取准确、可靠的数据成为至关重要的任务。为了应对这一挑战，传感器应运而生，成为我们连接自然与生产领域信息的桥梁和关键工具，它们被誉为“电五官”，极大地延伸了人类的感知能力。
如果将飞控系统比作无人机的“大脑”，那传感器就相当于无人机的“五官”。无人机利用这些传感器采集飞行姿态等动态信息并输送给飞控计算机，经飞控计算机处理后输出给执行机构，进而由执行机构控制无人机的飞行姿态和稳定。因此，飞控系统要精准地完成控制任务，离不开传感器反馈的信息。;
任务要求
1.分组讨论：无人机上常使用的传感器有哪些？各有什么作用？
2.结合现有设备组装一架无人机，并为此选择合适的传感器。
3.结合实际生产任务，选择合适的摄影设备。;知识链接;（1）机械陀螺仪
机械陀螺仪指的是采用自转转子转动或载体的振动产生陀螺力矩来测量角运动的陀螺仪，如图2-3-1所示。;无人机领域（特别是军用无人机）使用的陀螺仪主要是机械式，具体包括方向陀螺仪、速率陀螺仪、垂直陀螺仪和陀螺罗盘等。
方向陀螺仪是一台同时测量无人机的纵向、横向、航向三个自由度的设备，也称三自由度陀螺仪，通过测量陀螺的旋转角速度和角度，来确定物体的旋转状态。当物体发生旋转时，三个陀螺会在其各自的轴向上产生一个定向的旋转运动，这个运动被称为“陀螺的进动”。
垂直陀螺仪是在方向陀螺仪的基础上进行改良，装置于无人机机体内部，用于时刻指示水平参考平面和垂直参考平面的仪器设备。垂直陀螺仪和方向陀螺仪同时作用，才可以更完整地实时显示无人机空中运行姿态。;速率陀螺仪则是单纯性二自由度机械式陀螺，主要用来测量载体的角速度及角加速度。
陀螺罗盘是依靠陀螺指向效应时刻寻找正北方向的设备，其本质上仍是一台三自由度陀螺仪。其外环轴垂直向下设置??转子轴则保持水平方向，正端指向正北方向。在支点下方有一个不平衡小锤固结于内环，构成偏心重力陀螺仪。随着机体运动，当转子轴偏离正北方向时，偏心重力陀螺就随之产生一个修正力矩，推动转子轴恢复到正北方向，从而实现一直对着正北方向的功能。
当方向陀螺仪、垂直陀螺仪、速率陀螺仪、陀螺罗盘共同作用时，就可以实时测量飞行器空中姿态、速率变化等情况，如果能够结合起飞时的初始数据，就可以完整地绘制飞行器空中飞行轨迹，这一点对于飞行控制，尤其是自动飞行控制至关重要。;激光陀螺仪利用激光光程差测量角位移，如图2-3-2所示。封闭空腔内设置高精度等边三角形（或四边形），顶点配置反射镜，激光发生器发射两条相同但方向不同的激光。静止时，光束返回时间相同；运动时，两束激光波长和频率因方向不同而变化，产生干涉条纹。条纹数量与转动角速度成正比，解码后可得测量数据。为提高精度，空腔采用热膨胀系数小的材料制造。;（3）光纤陀螺仪
光纤陀螺，也称光纤角速度传感器。光纤陀螺和环形激光陀螺一样，具有无机械活动部件、无预热时间、不敏感加速度、动态范围宽、数字输出、体积小等优点。
光纤陀螺仪（见图2-3-3）的工作原理是基于塞格尼克效应，在完全闭合的光学环路中，当两束光从同一点向两个相反方向出发，并最后回到原点时，如果整个光学环路静止，那么两束光应该没有任何差异；反之，如果光学环路和外界惯性空间之间是旋转状态，那么这两束光波就会产生差异，具体而言就是光束的相位差和角速度成正比关系。;相对于机械陀螺仪，光纤陀螺仪没有旋转部件和摩擦部件，因此寿命长，动态范围大，启动快，结构简单，尺寸小，重量轻。相对于激光陀螺仪，光纤陀螺仪没有闭锁问题，而且成本低、价格便宜。
（4）微机械陀螺仪
微机械陀螺仪简称MEMS，如图2-3-4所示，是一种新型的多学科交叉技术，涉及机械、电子、化学、物理、光学、生物、材料等多学科。;MEMS工作原理基于“科里奥利力”，质点径向运动受切向力，与旋转速度成正比。MEMS由两电容板构成，第一个是类似“梳子”的驱动部分，第二个由固定传感器电容组成。驱动部分靠电容施加振荡电压引发径向运动，传感器电容接收“科里奥利力”下电容变化，换算得到运动角速度。
以上几种常见的陀螺仪的特点与应用领域见表2-3-1。;加速度计也称加速度传感器，是一种可以测量飞行器在某一方向上的线加速度的传感器。通常情况下，飞行器需要采集三个自由度方向上的加速度值，因此每个方向都需要设置加速度计。现在的飞行器上通常安装三轴加速度计（见图2-3-5）。;加速度计一般由质量块、阻尼器、弹性元件、敏感元件和适调电路