磁力计作为无人机导航系统中的关键传感器,承担着为无人机提供航向角观测值的重任,对其飞行稳定性与准确性意义重大。
磁力计的工作原理基于霍尔效应或磁阻效应。以基于磁阻效应的磁力计为例,其内部敏感元件为磁阻传感器。地球磁场变化时,磁阻传感器的电阻值会相应改变,进而产生电信号。该信号经内部信号处理电路转换为数字形式,输出磁方位角信息供飞行控制系统使用。
在无人机飞行过程中,磁力计实时测量地磁场强度与方向。通过计算当前磁航向角与飞控系统根据遥控器指令或自主导航策略生成的期望航向角间的偏差值,飞控系统采用 PID 控制算法,并结合陀螺仪、加速度计数据进行传感器融合,最终通过差速调节电机转速,实现精确的航向闭环控制。比如,当无人机需要保持某一航向飞行时,磁力计持续监测地磁场,一旦检测到航向偏差,飞控系统迅速依据磁力计数据调整电机转速,确保无人机始终沿预定航向飞行。
实际应用场景中,在 GPS 信号受限的室内或城市峡谷环境里,磁力计的作用尤为关键。此时,GPS 信号无法为无人机提供准确位置与方向信息,磁力计可凭借测量地磁场获取方向数据,维持无人机定位与导航能力,保障其安全飞行。在农业植保无人机作业时,即使在信号不佳的田间,磁力计也能辅助无人机精准按照规划航线飞行,实现精确施药、播种等作业,提升作业效率与质量。
然而,磁力计应用也面临挑战。其易受周围环境干扰,如无人机的电机、电子调速器电源线及其他金属物体产生的电磁干扰,会影响测量准确性。为解决这一问题,在小型无人机上,常将 GPS 与罗盘组合设备安装在远离电机、ESC 电源线的位置,如起落架支柱上,以减少干扰;一些无人机还采用磁力计外置方式,使其远离干扰源,提升精度与可靠性。同时,还会对磁力计进行校准操作,消除环境干扰与传感器误差,确保测量数据准确