正确判断无人机指向故障 让电子罗盘远离磁干扰

电子罗盘作为无人机产品的重要组成部件，承载着为无人机引导绝对方位的功能。对于普通设计者而言，经常会遇到电子罗盘校正困难，校正需求过于频繁，动态、高速运行时突发偏离，以及无论怎么校正电子罗盘都无法正常运行的情况。以上故障的发生，主要原因是电子罗盘受到了磁场干扰，而针对于这一问题，全球领先的磁传感器公司爱盛科技给出了简单而高效的解决方案。

目前，爱盛科技旗下3×3mm LGA封装的地磁传感器IST8310，在无人机市场的市占率超过80%，市场上能够看到的大厂的无人机产品，都采用了爱盛科技的地磁传感器，是现今主流无人机使用地磁传感器的标杆产品，因此下文提及的无人机测试样本，也均为这一型号。众所周知，磁场和距离的多次方成反比，而无人机内部电子罗盘和其余电子元器件距离较近，因此内部系统排布的不合理会导致电子罗盘受到磁场干扰，而这一情况又往往被设计者忽略。为了避免在实际飞行时因电子罗盘故障而出现坠机情况，在无人机完成硬件打样或试作后，无需进行实际飞行，通过测试即可完成对电子罗盘的准确分析。在前期测试中，先用木材、塑料、泡棉、铝材没有磁场的材料将无人机固定，值得注意的是，无人机最好安装外壳和旋翼，这能够最大程度去模拟真实飞行时的情况。考虑到无人机马达和电路可能为磁场干扰源，因此我们需要从I2C接口导出“X轴磁场大小、Y轴磁场大小、Z轴磁场大小、油门大小”这几项数据加以储存并相互对比，作为后续分析的重要依据。


测试过程中，只需将油门从关闭调整到开启状态并逐级推进，进行几轮反复测试，最终将几轮测试的数据汇总到同一时间轴上进行展现。由于无人机已经被固定住，并没有出现方位的移动，因此理论上无论油门如何调整，X、Y、Z各轴磁场的数字应变化不大，呈现出区域平稳的态势。但实际上，由于电子罗盘组件本身及系统都会有噪声，因此数据线条会有一定程度的上下抖动，但趋势应是不变的，抖动的幅度越小，意味着移动路线越稳定。同理，在油门开启或关闭时，实际也会产生一个突波影响电路，磁场同样会产生波动，数据线条抖动越小，也代表电子罗盘放置的位置比较好，系统的整体设计比较合理。如图1所示，一个内部系统设计正确的无人机，在测试中经历了四次油门变化，从零加速到100%，但是指向角度、X轴、Y轴、Z轴磁场都没有强烈波动，只有在油门开启或关闭时，数据会有些许的波动。说明在运作时电子罗盘不会受到系统内的磁场干扰影响，无人机将有较好的操控性能。

与图1相反的，如果无人机内部系统设计存在问题，采用同样的测试过程后，得出数据图像会出现明显的偏离和波动。如图2所示，图2中下方图片的蓝线代表着油门力度，橘线代表着无人机的指向角度，由于无人机已经被固定，因此原则上来说指向角度不会因为油门的增大减小而变化，但从图2可以看出，测试中的无人机指向角度发生了明显偏离，这说明电子罗盘的磁场感应出现了变化。在图2中上方图片可以更清晰的看到，蓝线（X轴）、橘线（Y轴）、黄线（Z轴）出现了不同程度的波动，并且Z轴的波动最大，X轴次之。有了这一线索，就可以进一步去分析引起磁场变化的源头到底在哪里。

经过以上的检测过程，如果设计者可以顺利找到无人机内部的磁干扰源，再重复进行一次上述测试，测试得出的数据图像理应与图1一致，说明无人机内部系统的磁干扰问题已经解决，无人机电子罗盘能够在油门变化时稳定运行。通过爱盛科技给出的这一解决方案，无人机无需实际飞行即可在前期进行问题筛查，既降低了测试门槛，也避免了因为电子罗盘无法正常运行导致的无人机失控、坠机风险，为行业提供了全新思路。

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