电子罗盘传感器在无人船控制系统中的应用

武云鹏 2020-05-07 1283

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　　无人船是指依靠船载传感器，在水面进行自主或半自主方式航行的智能化平台。作为无人船的眼睛、耳朵，核心传感器一直是无人系统的重要组成部分。出于不同监测需求的因素，无人船控制系统通常会搭载大量的传感器和设备。例如，可搭载有高精度GPS模块、电子罗盘、姿态检测仪、盐度和温度传感器、风速及风向传感器等，从而完成对水域的追踪，并获取水质实验数据。

　　具体来说，比如GPS模块定位设备可确定无人船的位置及航向，并追踪航向与航点;温度传感器和盐度传感器，则可记录存储的方式，来测量水体表面温度和盐度，并获得高精度水质实验数据。

　　目前，在国内，搭载有不同类型传感器的无人船，可广泛用于海洋运输、海洋环境调查、海洋资源探测、海洋考古、水上搜救、情报搜集、海事训练测试、侦察取证、警戒巡逻、火力打击、舰艇护航、反水雷和反潜等领域。目前，各类无人船身上的传感器数量多达数十个，甚至是几十个。

　　具体来说，在无人船的姿态控制系统中，需要根据不同的使用需求，配置各种传感器进行互补探测，实现自身状态和海洋环境探测。例如，无人船搭载的传感器主要是各类位置姿态检测传感器。由于无人船本体和工作环境的特殊性，在姿态控制方面除了光照、雾天等影响之外，还面临特殊挑战，如海面目标可观性弱、船体晃动剧烈、海杂波强和水下目标探测等。　　通常来说，无人船上搭载的姿态仪，一般会内置有加速度传感器、电子罗盘、陀螺仪等传感器芯片，可实现姿态检测的功能。具体来说的话，其内置的加速度传感器，首先能够测量地球引力在测量方向上的分量，然后将其转换为倾斜角度，最终收集到行驶过程中无人船的前后仰俯角、左右摇摆角、桅杆旋转角等的数据。

　　由于电子罗盘的输出信息，即代表了当前的姿态位置。因此，配合其他姿态传感器，电子罗盘可用于无人船这类需要360°旋转的系统当中进行姿态和定向测量。另外，由于集成有三轴磁传感器、三轴倾角传感器，高精度三维电子罗盘模块体积小巧，非常适合无人船这类空间要求高的系统。

　　无人船将朝着体系化、标准化、智能化、群体协同化方向发展。近几年，虽然我国无人船在民用领域获得了快速发展，然而我国无人船技术水平相对较低，同美国、以色列、挪威和英国等国家相比还是存在较大差距。除了船型、动力、通信技术和传感器技术外，在姿态控制、航行规划和导航、控制和集群方面都有较大差距。

　　目前，我国也都在积极开发无人船设备，并接收相关需求与定制。总的说来，今后，集成了GPS模块、电子罗盘、惯性导航、测深仪等的无人船设备，会越来越多地用在湖泊水库水质、水文测量、水下地形地貌测量、抵近观察等多个领域中。lw

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