Современные беспилотные летающие аппараты

Соответственно, емкость одного конденсатора увеличивается, а другого уменьшается, что порождает разностный сигнал, пропорциональный величине углового ускорения. Таким образом, осуществляется преобразование угловой скорости гироскопа в электрический параметр, величина которого детектируется специальным датчиком.

Для того, чтобы мультикоптер определял положение в пространстве относительно трех ортогональных направлений х, y, и z, внутри одного корпуса микросхемы располагаются три датчика перпендикулярно осям. Отсюда происходит название – трехосевой гироскоп.

Принцип работы интегрального акселерометра. Как следует из названия, акселерометры измеряют линейное ускорение по трем осям (назовём их: X, Y и Z). Самой значимой характеристикой трёхосевых акселерометров является то, что они регистрируют гравитацию, и как таковые, могут знать, в каком направлении «спуск». Это играет главную роль в обеспечении стабильности многороторного БПЛА.

Акселерометр должен быть установлен на контроллере полёта так, чтобы линейные оси совпадали с основными осями беспилотника. В состав интегрального акселерометра входят высокоточный чувствительный элемент (движущийся) для определения ускорений и электронная часть, осуществляющая обработку сигнала, рис.3.33. Инерциальный измерительный блок или система инерциальной навигации– это система, которая определяет своё положение в пространстве используя свойства инерции тел, то есть определяет на какой угол и по какой оси она была повернута и была смещена относительно начальной точки.

Рис.3.33. Схема интегрального акселерометра

1– Поликремневые пружины; 2 – Фиксированные пластины (контакты); 3–Кремниевая подложка (корпус); 4 – Подвижная масса с проводниками; 5 – Изменение емкости.

Основной задачей датчиков на полетном контроллере является непрерывное получение навигационных данных для математических расчетов микроконтроллером (микропроцессором), который устанавливает положение беспилотника относительно горизонта и обнаруживает изменения углов ориентации, относительно его предыдущего положения в пространстве, затем направляет данные в электронные регуляторы оборотов двигателей (ESC).

Программное обеспечение. Отличие полетных контроллеров заключается не только в типах используемых компонентов, из которых они состоят, но и в устанавливаемом программном обеспечение (прошивках). Прошивка, на которой работает полетный контроллер – это специальный набор правил и алгоритмов, которые обрабатывает микроконтроллер и без нее мультикоптер не включится и не взлетит. Для каждой прошивки разрабатывается свой поддерживаемый конфигуратор.

Конфигуратор – это программа с графическим интерфейсом, с помощью которой настраивается (включаются и отключаются датчики, меняются параметры PID, подключается внешняя периферия, задаются начальные и максимальные обороты двигателя и т.д.) и загружаются прошивка в полетный контроллер. Одними из самых популярных конфигураторов, с помощью которых можно прошивать и гибко настраивать мультикоптер: Betaflight Configurator; CleanFlight Configurator; Raceflight Configurator.

Существенных отличий в работе между ними нет, за исключением разного интерфейса и поддерживаемых полетных контроллеров.

Приемник – это устройство, отвечающее за прием радиосигналов, посылаемых дрону через контроллер. Для эффективного управления беспилотником необходимо минимум четыре канала. Впрочем, обычно производители рекомендуют предоставлять до пяти каналов.

Передатчик – это устройство, отвечающее за передачу радиосигналов от контроллера к дрону для выдачи команд о направлении полета и других связанных с этим параметров. Как и приемник, передатчик должен иметь не менее четырех каналов для работы с беспилотником, но обычно также рекомендуется 5. Приемник и передатчик должны использовать один радиосигнал для связи с дроном во время полета. Каждый радиосигнал имеет стандартный код, который помогает отличать в эфире свой сигнал от чужих.

Модуль спутниковой навигации (GPS, ГЛОНАСС, Бэйдоу). Многие современные беспилотники оснащаются модулями спутниковой навигации. Чаще всего это модуль GPS, однако на многих последних дронах от DJI можно встретить двойную систему навигации, которая может включать комбинации GPS и ГЛОНАСС или же GPS и Бэйдоу. В зависимости от установленной комбинации такой беспилотник может эффективно эксплуатироваться в тех или иных регионах мира. Примером может быть серия промышленных беспилотников DJI Matrice 200.

Модуль (или комбинация модулей) спутниковой навигации обеспечивает бортовой компьютер дрона данными о местонахождении аппарата (долгота, широта и высота). Подобная, достаточно сложная, система навигации необходима прежде всего специализированным беспилотникам, которые выполняют полеты на большие расстояния и/или выполняют достаточно сложные задачи в области безопасности, военные задачи или работают в сфере промышленности.

С помощью модуля спутниковой навигации летательный аппарат не только ориентируется в пространстве во время полета, но и может в автоматическом режиме точно приземлиться на “базу”, даже если его визуальные датчики и штатная камера не работают, а связь с пультом дистанционного управления утеряна. Таким образом, модуль спутниковой навигации поможет обеспечить безопасность полета.