据报道，无人机的商场规模和运用规模正在蓬勃开展，好像每隔一天就会呈现新的运用。无论是邮件或包裹的投递、雅俗共赏的文娱、安全监控、农业或工业的办理，仍是开辟航拍拍摄的新天地，到处都可见无人机的身影。
开始，大多数无人机不过是简略的玩具。但是，最近它们的飞翔才能有了明显地进步，让它们的控制更安全、更安稳、更简单，从而使它们在实际日子中的运用也越来越广泛。
这些才能进步的关键要素是运用了高功用的微机电体系（MEMS）传感器，因此无人机中的传感器商场正在快速地增加：
依据Yole《运用于无人机和机器人的传感器》陈述数据，运用于无人机和机器人的传感器商场增加微弱，估计到2021年将到达7.09亿美元，2018年到2021年的复合年增加率为12.4%。
影响无人机飞翔功用的MEMS传感器
无人机能够坚持方向安稳、被用户精准控制，或许主动飞翔，都依赖于惯性MEMS传感器。但是，无人机面对的一些应战使其体系规划变得杂乱：电机校准得不行完美、体系动力随负载不同而改变、运转条件敏捷改换，或许传感器引进不准确的信息。这些都或许导致定位处理发生差错，终究导致导航时呈现方位过错，乃至导致无人机毛病。
要让无人机不只是玩具，乃至“更上一层楼”，装备高功用的MEMS传感器和先进的软件是必不可少的。高档无人机上高精度的惯性丈量单元（IMU）、气压传感器、磁力计、专用传感器节点（ASSN）以及传感器之间的数据交融，都对其飞翔功用有直接和实质性的影响。
受尺度约束以及苛刻的环境和运转条件，如温度动摇和振荡，都对传感器的要求提高到新的水平。MEMS传感器有必要尽或许地削减这些影响，并供给精准牢靠的丈量。
完成杰出的飞翔功用的办法主要有：软件算法（如传感器校准和数据交融）、机械体系规划（如削减振荡），以及依据无人机制造商的要求和需求挑选MEMS传感器。下面咱们经过一些实例要点重视一下MEMS传感器。
航姿参阅体系（AHRS）是无人机的“心脏”，它包含惯性传感器、磁力计和处理单元。AHRS可预估设备的跋涉方向，如滚转、俯仰和偏航的视点。传感器的不准确性，如偏移、灵敏度差错或热漂移，会导致定向差错。图1显现了定向差错（翻滚、俯仰视点）与加速度计偏移的函数联系，定向差错一般是传感器差错链中最大的要素。例如，仅20 mg的加速度偏移量将导致设备呈现1度的方向差错。
图1：加速度计偏移引起的方向差错
惯性丈量单元（IMU）
IMU包含加速度计和陀螺仪，并带有嵌入式处理程序。这使它能够确认运动轨迹，包含线性运动和旋转。
Bosch Sensortec的BMI088是一款6轴IMU，具有16位低噪声加速度计和16位低漂移陀螺仪。这种高精度器材的技能源自高端轿车传感器，因此它能够在较长时刻内坚持超卓的偏置和温度安稳性，以及具有杰出的振荡鲁棒性，使其成为无人机的抱负挑选。
图2显现了BMI088随温度漂移的典型值。
图2：BMI088随温度漂移的典型值（加速度和速率都为0）
所示的漂移量表明加速度计偏移的规模在10 mg以内和陀螺仪的偏移规模小于0.5 dps。此外，BMI088行为表现与温度呈线性联系，且几乎没有滞后现象。这使得BMI088在无人机和机器人中运用极具吸引力。
气压传感器
无人机内置的高功用气压传感器能准确丈量高度，并可与IMU的读数结合用于高度控制。气压传感器有必要尽或许削减外部的影响和差错。现在，与其他传感器，例如GPS和光流传感器、测距传感器结合运用，可进步体系的牢靠性并削减方位差错。
Bosch Sensortec的BMP388气压传感器用于供给高度信息，可改进飞翔安稳性、高度控制、起飞和着陆的功用。这使得控制无人机变得垂手可得，因此能吸引到更广泛的用户。
无人机对气压传感器的要求一般极点苛刻。即使遭受不良气候和气温影响，高度精度也有必要控制在严厉的公役规模内，别的随时刻推移传感器有必要坚持低推迟和微乎其微的漂移量。BMP388能够满意这些苛刻的要求，其相对精度为+/- 0.08 hPa（+/- 0.66 m），300至1100 hPa之间的肯定精度在+/- 0.5 hPa，低温度系数补偿（TCO）一般小于0.75 Pa/K。它具有极具吸引力的性价比，功耗低且封装尺度极小，仅为2.0mm x 2.0mm x 0.75mm。
除了改进TCO之外，还有多种要素能够进步全体的精度：相对精度、噪声、安稳性和肯定精度。从蠢笨的玩具到高精度飞翔器，当时无人机在工业和商业立异运用中的潜力逾越了工程师们的想像。
磁力计
磁力计就像是指南针，能够依据地球的磁场为无人机建立航向。正如Bosch Sensortec的BMM150，正是一款3轴的数字磁力计。
BMM150，结合BMI088 IMU，可供给9个自由度（DoF）的解决方案，用于航向预算和导航。BMM150在很宽的温度规模内都能坚持杰出功用，具有16位分辨率和抗强磁场才能（无磁化供给安稳的传感器偏移），因此十分合适无人机运用，并能够最大极限地削减校准传感器偏移所需的工作量。
专用传感器节点
专用传感器节点（ASSN）是指高度集成的智能传感集线器，它能将多个传感器集成在一个封装体中，并配有可编程的微控制器。它为运动传感运用供给灵敏而低功耗的解决方案。
例如，Bosch Sensortec的BMF055便是一款ASSN，它集成了加速度计、陀螺仪、磁力计、可处理软件的32位Cortex M0+微控制器，以及各传感器的输出端。BMF055与定向处理软件相结合，可用作AHRS。该器材选用5.2mm x 3.8mm x 1.1mm小型封装，节省了名贵的空间和分量。该传感器为无人机运用供给了一体化封装。图3演示了BMF055在无人机中的运用，其作为定向处理单元并集成了传感器交融算法。
图3：BMF055（ASSN）在无人机中AHRS运用
信号处理和软件
除了各个传感器之外，咱们还能够了解一下无人机的信号处理全体结构的体系示意图，以及集成传感器读数和控制所需的软件。
图4显现了典型的消费级无人机中用于不同信号处理的功用模块。左边列显现为各个传感器，右侧列表明其派生的软件处理功用，如方向处理和飞翔控制算法。深蓝色方块的传感器是完成室内和玩具无人机的最佳安稳控制必不可少的传感器，灰色方块则表明可选传感器，可用于扩展室外飞翔和主动航点导航功用。
图4：消费级无人机的信号处理示意图
将各种传感器集成一体，并进行数据交融，就能够直接在芯片上履行定向处理等软件功用。除了MEMS传感器，Bosch Sensortec还供给用于定向处理的传感器数据交融软件，功用包含传感器校准、传感器数据的预处理和定向处理。关于无人机制造商而言，这能够明显地下降工程和软件的杂乱性，削减不必要的危险并缩短产品上市时刻。
但是，制造商依然需求为无人机的机械规划和动力体系，供给他们自己的软件和特别代码，例如控制回路和特定功用的运用。
典型的无人机功用
让咱们来看看立异的MEMS传感器技能怎么与软件相结合，完成现代无人机功用。现在，即使是低成本的玩具无人机，也遍及具有杂乱的功用。首要，经过使用IMU的输出，安稳器能将无人机坚持水平。经过集成来自气压传感器的数据，能够将无人机保持高度和方位不变。例如，在玩具运用中，它可控制无人机在高度不变时进行翻转。结果是控制师不再需求花费那么多小时的操练来把握根本控制，且会明显下降发生意外磕碰的危险。
与GPS模块的数据交融为无人机野外飞翔增加一些风趣的功用，例如，在几个航点之间主动飞翔，以及“回来家”功用——无人机能够主动回来并安全降落到开始方位。
其他新颖的功用还包含“轨迹形式”或“跟从我形式”，无人机能够环绕特定点旋转或能够自主跟从一个人。与摄像头相结合，控制师能够在“带着无人机漫步”时，从“俯瞰视图”中看到自己，或许经过手势与无人机互动。
放言高论任我游
跟着机器人、半导体和当时的MEMS传感器技能的开展，尤其是不断提高的精密度和小型化，预示着在未来无人遥控飞机将更为遍及。从气候或空气污染物的监测、家畜的办理、安全或快递体系到下一代增强实际游戏或物联网（IoT）渠道，高科技的飞机和无人机在咱们的日常日子中发挥的效果越来越重要，而博世MEMS传感器将为它们铸造强壮的“心脏”。
