石英加速度计在无人机与定位系统领域的应用

导航制导与控制是无人机系统中最复杂的系统，其功能可以有多种划分方法，今天我们主要对无人机导航制导与控制系统的基本原理和常用方法做一下介绍和归纳。

导航：即无人机获得自己当前(在某个参照系下)的位置、速度等信息，必要时还需要获得当前(相对于某个参照系)的姿态、姿态角速度等信息。例如，采用纯惯性导航可以获得无人机在某个惯性系下的位置、速度和加速度，以及相对于该惯性系的姿态角和角速度;GPS导航系统则可以提供无人机在WGS84坐标系下的速度、位置和航向角等信息;而借助如Vicon、UWB等室内定位系统则可以获得无人机相对于室内某个坐标系的速度、位置等信息。因此，简要概括导航的主要工作就是要“知道自己在哪，知道自己的姿态”。

制导：即无人机发现(或外部输入)目标的位置、速度等信息，并根据自己的位置、速度以及内部性能和外部环境的约束条件，获得抵达目标所需的位置或速度指令。例如，按照规划的航路点飞行时，计算无人机径直或者沿某个航线飞抵航路点的指令;采用基于计算机视觉目标跟踪的光学制导时，根据目标在视场中的位置(以及摄像头可能存在的离轴角)计算跟踪目标所需的过载或者姿态角速度指令;而当预装(或SLAM获得的)地图中存在需要规避的障碍物或禁飞区时，根据无人机飞行性能计算可行的规避路线或者速度指令。因此，简要概括制导的主要工作就是要“知道目标在哪，如何抵达目标”。

控制：即无人机根据当前的速度、姿态等信息，通过执行机构作用来改变姿态、速度等参数，进而实现稳定飞行或跟踪制导指令。例如，当固定翼无人机需要爬升高度时，计算需要的俯仰角和俯仰角速度指令，以及为了让空速不至于大幅降低所需的油门指令;当沿着航线飞行，但是存在侧风时，计算所需的偏航角指令以利用侧滑抵消侧风影响;或者当多旋翼无人机的某个旋翼失效时，计算如何为剩余旋翼分配指令以尽可能实现稳定飞行。因此，简要概括控制的主要工作就是“改变飞行姿态，跟踪制导指令”。

而石英挠性加速度计在重力场中，线加速度计可以测量重力加速度变化。当其敏感轴向垂直于水平面时，加速度计指示单位重力加速度;若敏感轴向发生倾斜，其输出为重力加速度与倾斜角度的正弦函数之乘积。利用这一原理，可以用作倾斜测量和调平。这就是石英加速度计在导航制导中的作用