如何正確判斷并解決無(wú)人機(jī)指向故障？

眾所周知，磁場(chǎng)和距離的多次方成反比，而無(wú)人機(jī)內(nèi)部電子羅盤和其余電子元器件距離較近，因此內(nèi)部系統(tǒng)排布的不合理會(huì)導(dǎo)致電子羅盤受到磁場(chǎng)干擾，而這一情況又往往被設(shè)計(jì)者忽略。那有什么好的辦法解決嗎？

電子羅盤作為無(wú)人機(jī)產(chǎn)品的重要組成部件，承載著為無(wú)人機(jī)引導(dǎo)絕對(duì)方位的功能。對(duì)于普通設(shè)計(jì)者而言，經(jīng)常會(huì)遇到電子羅盤校正困難，校正需求過(guò)于頻繁，動(dòng)態(tài)、高速運(yùn)行時(shí)突發(fā)偏離，以及無(wú)論怎么校正電子羅盤都無(wú)法正常運(yùn)行的情況。

此故障的發(fā)生，主要原因是電子羅盤受到了磁場(chǎng)干擾，而針對(duì)于這一問(wèn)題，全球領(lǐng)先的磁傳感器公司愛(ài)盛科技給出了簡(jiǎn)單而高效的解決方案。

目前，愛(ài)盛科技旗下3&TImes;3mm LGA封裝的地磁傳感器IST8310，在無(wú)人機(jī)市場(chǎng)的市占率超過(guò)80%，市場(chǎng)上能夠看到的大廠的無(wú)人機(jī)產(chǎn)品，都采用了愛(ài)盛科技的地磁傳感器，是現(xiàn)今主流無(wú)人機(jī)使用地磁傳感器的標(biāo)桿產(chǎn)品，因此下文提及的無(wú)人機(jī)測(cè)試樣本，也均為這一型號(hào)。

眾所周知，磁場(chǎng)和距離的多次方成反比，而無(wú)人機(jī)內(nèi)部電子羅盤和其余電子元器件距離較近，因此內(nèi)部系統(tǒng)排布的不合理會(huì)導(dǎo)致電子羅盤受到磁場(chǎng)干擾，而這一情況又往往被設(shè)計(jì)者忽略。為了避免在實(shí)際飛行時(shí)因電子羅盤故障而出現(xiàn)墜機(jī)情況，在無(wú)人機(jī)完成硬件打樣或試作后，無(wú)需進(jìn)行實(shí)際飛行，通過(guò)測(cè)試即可完成對(duì)電子羅盤的準(zhǔn)確分析。

在前期測(cè)試中，先用木材、塑料、泡棉、鋁材沒(méi)有磁場(chǎng)的材料將無(wú)人機(jī)固定，值得注意的是，無(wú)人機(jī)最好安裝外殼和旋翼，這能夠最大程度去模擬真實(shí)飛行時(shí)的情況?？紤]到無(wú)人機(jī)馬達(dá)和電路可能為磁場(chǎng)干擾源，因此我們需要從I2C接口導(dǎo)出“X軸磁場(chǎng)大小、Y軸磁場(chǎng)大小、Z軸磁場(chǎng)大小、油門大小”這幾項(xiàng)數(shù)據(jù)加以儲(chǔ)存并相互對(duì)比，作為后續(xù)分析的重要依據(jù)。

圖1：無(wú)人機(jī)內(nèi)部系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理 油門開(kāi)啟時(shí)磁場(chǎng)感應(yīng)規(guī)律且穩(wěn)定

測(cè)試過(guò)程中，只需將油門從關(guān)閉調(diào)整到開(kāi)啟狀態(tài)并逐級(jí)推進(jìn)，進(jìn)行幾輪反復(fù)測(cè)試，最終將幾輪測(cè)試的數(shù)據(jù)匯總到同一時(shí)間軸上進(jìn)行展現(xiàn)。由于無(wú)人機(jī)已經(jīng)被固定住，并沒(méi)有出現(xiàn)方位的移動(dòng)，因此理論上無(wú)論油門如何調(diào)整，X、Y、Z各軸磁場(chǎng)的數(shù)字應(yīng)變化不大，呈現(xiàn)出區(qū)域平穩(wěn)的態(tài)勢(shì)。但實(shí)際上，由于電子羅盤組件本身及系統(tǒng)都會(huì)有噪聲，因此數(shù)據(jù)線條會(huì)有一定程度的上下抖動(dòng)，但趨勢(shì)應(yīng)是不變的，抖動(dòng)的幅度越小，意味著移動(dòng)路線越穩(wěn)定。

同理，在油門開(kāi)啟或關(guān)閉時(shí)，實(shí)際也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)突波影響電路，磁場(chǎng)同樣會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，數(shù)據(jù)線條抖動(dòng)越小，也代表電子羅盤放置的位置比較好，系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)比較合理。如圖1所示，一個(gè)內(nèi)部系統(tǒng)設(shè)計(jì)正確的無(wú)人機(jī)，在測(cè)試中經(jīng)歷了四次油門變化，從零加速到100%，但是指向角度、X軸、Y軸、Z軸磁場(chǎng)都沒(méi)有強(qiáng)烈波動(dòng)，只有在油門開(kāi)啟或關(guān)閉時(shí)，數(shù)據(jù)會(huì)有些許的波動(dòng)。說(shuō)明在運(yùn)作時(shí)電子羅盤不會(huì)受到系統(tǒng)內(nèi)的磁場(chǎng)干擾影響，無(wú)人機(jī)將有較好的操控性能。

 

圖2：無(wú)人機(jī)內(nèi)部系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在問(wèn)題 油門開(kāi)啟時(shí)磁場(chǎng)出現(xiàn)大幅波動(dòng)

與圖1相反的，如果無(wú)人機(jī)內(nèi)部系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在問(wèn)題，采用同樣的測(cè)試過(guò)程后，得出數(shù)據(jù)圖像會(huì)出現(xiàn)明顯的偏離和波動(dòng)。如圖2所示，圖2中下方圖片的藍(lán)線代表著油門力度，橘線代表著無(wú)人機(jī)的指向角度，由于無(wú)人機(jī)已經(jīng)被固定，因此原則上來(lái)說(shuō)指向角度不會(huì)因?yàn)橛烷T的增大減小而變化，但從圖2可以看出，測(cè)試中的無(wú)人機(jī)指向角度發(fā)生了明顯偏離，這說(shuō)明電子羅盤的磁場(chǎng)感應(yīng)出現(xiàn)了變化。

在圖2中上方圖片可以更清晰的看到，藍(lán)線（X軸）、橘線（Y軸）、黃線（Z軸）出現(xiàn)了不同程度的波動(dòng)，并且Z軸的波動(dòng)最大，X軸次之。有了這一線索，就可以進(jìn)一步去分析引起磁場(chǎng)變化的源頭到底在哪里，測(cè)試者如仍有疑問(wèn)，可訪問(wèn)愛(ài)盛科技官網(wǎng)，了解更進(jìn)一步信息。

經(jīng)過(guò)以上的檢測(cè)過(guò)程，如果設(shè)計(jì)者可以順利找到無(wú)人機(jī)內(nèi)部的磁干擾源，再重復(fù)進(jìn)行一次上述測(cè)試，測(cè)試得出的數(shù)據(jù)圖像理應(yīng)與圖1一致，說(shuō)明無(wú)人機(jī)內(nèi)部系統(tǒng)的磁干擾問(wèn)題已經(jīng)解決，無(wú)人機(jī)電子羅盤能夠在油門變化時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)愛(ài)盛科技給出的這一解決方案，無(wú)人機(jī)無(wú)需實(shí)際飛行即可在前期進(jìn)行問(wèn)題篩查，既降低了測(cè)試門檻，也避免了因?yàn)殡娮恿_盤無(wú)法正常運(yùn)行導(dǎo)致的無(wú)人機(jī)失控、墜機(jī)風(fēng)險(xiǎn)，為行業(yè)提供了全新思路。