Беспилотные летательные аппараты (БПЛА) сегодня применяются в самых различных сферах — от развлечений и аэрофотосъемки до промышленного мониторинга и научных исследований. Однако, несмотря на внешнее сходство, требования к бортовым системам навигации у разных типов дронов кардинально различаются. Одним из ключевых компонентов, определяющих возможности БПЛА, является инерциальный измерительный модуль (ИИМ) — устройство, объединяющее акселерометры, гироскопы и часто магнитометры для определения ориентации, угловых скоростей и линейных ускорений.
Выбор системы управления полётом напрямую зависит от класса БПЛА, его автономности, точности позиционирования и продолжительности полёта без внешней коррекции (например, от GPS). Рассмотрим, как меняются требования к системе управления полётом в зависимости от задач.
1. Простые любительские и игрушечные БПЛА
Для базовых дронов, используемых в развлекательных целях или для простой видеосъёмки, достаточно минимальной стабилизации. Такие аппараты почти всегда работают в зоне уверенного приёма GPS и не рассчитаны на длительный автономный полёт.
Типичное решение: интегрированные полётные контроллеры на базе недорогих МЭМС-датчиков (например, MPU6050, LSM6DS3).
Стоимость: от 5 до 10 долларов США.
Особенности: высокий уровень шума и дрейфа, но достаточная стабильность при коротких полётах с постоянной GPS-коррекцией.
Применение: квадрокоптеры-игрушки, базовые модели дронов для самостоятельной сборки.
2. БПЛА с ограниченной автономностью (до 2 минут без GPS)
Некоторые задачи — например, полёт в условиях временной потери сигнала GPS (в ущельях, под мостами, в городской застройке) — требуют более точной инерциальной навигации. Для таких случаев нужен инерциальный измерительный блок, способный поддерживать точность позиционирования в пределах 0,5 метра в течение 60 секунд и 1 м в течение 2 минут в автономном режиме.
Типичное решение: промышленные MEMS-модули, такие как NSI325 со встроенной калибровкой (производства компании Navigation Systems).
Характеристики:
- Гироскопы с дрейфом менее 10 °/час (1σ)
- Акселерометры с нестабильностью менее 50 мкg
- Улучшенная термостабильность (до – 50 °C)
Преимущества: хорошее соотношение цены и качества для коммерческих дронов среднего класса.
Применение: инспекция инфраструктуры, доставка в городских условиях, картографирование с временной потерей сигнала GPS.
3. Профессиональные БПЛА для мониторинга и исследований
В задачах, где важна геопривязка данных (например, при создании ортофотопланов, мониторинге состояния посевов или трубопроводов), даже небольшая ошибка в ориентации может привести к искажению результатов. Здесь требуется ИМУ с высокой стабильностью и минимальным дрейфом, способный работать в связке с GNSS-приёмниками в режиме RTK или PPK.
Типичное решение: прецизионные ИМУ, такие как NSI9F2 со встроенным магнитометром и барометром.
Характеристики:
- Гироскопы с дрейфом 4 °/час (1σ)
- Акселерометры с нестабильностью менее 0.01 мg (1σ)
- Встроенная калибровка и температурная компенсация.
Применение: сельскохозяйственный мониторинг, геодезия, инспекция ЛЭП и трубопроводов, научные дроны.
4. Высокоавтономные и длительные миссии
Для БПЛА, выполняющих длительные автономные полёты (например, в разведывательных или полярных целях), где GPS может быть недоступен в течение нескольких часов, требуется высокоточная инерциальная навигация. В таких системах ИУ становится основным источником данных о движении.
Типичное решение: тактические и навигационные ИУ, например STIM300 от Safran Sensing.
Характеристики:
- Нестабильность нуля гироскопа по Аллану — 0.3 °/час (1σ)
- Шум акселерометров — на уровне 0.5 мg (1σ)
- Высокая устойчивость к вибрациям и перегрузкам.
Преимущества: возможность интеграции в полноценные ИНС (инерциальные навигационные системы), работа без внешней коррекции в течение десятков минут с точностью до нескольких метров.
Применение: стратегические БПЛА, разведка, автономные миссии в зонах радиомолчания или электронных помех.
Выбор инерциального модуля для БПЛА — это всегда поиск баланса между стоимостью, точностью, надёжностью и энергопотреблением. Нецелесообразно ставить на игрушечный дрон оборудование тактического уровня, ровно как и использовать недорогой MEMS-сенсор в высокоточных геодезических задачах. Правильный подбор ИМУ позволяет не только снизить стоимость аппарата, но и значительно повысить эффективность выполнения поставленной задачи — будь то развлечение, съёмка полей или автономная разведка в условиях полного отсутствия спутниковой навигации.
В рамках прошедшего вебинара «Применение азиатских инерциальных модулей в составе БПЛА» инженеры Теллур Электроникс подробно разобрали современные решения из Юго-Восточной Азии и их возможности в беспилотных системах. Запись вебинара доступна по ссылке.
Подробная информация доступна на нашем сайте.
Больше новостей на сайте Теллур Электроникс.