姿态信息是小型无人机飞行控制的一组重要参数,利用热电堆红外传感器感知地球大气与大地间红外热辐射的差异来提取地平线进而获得航空器的姿态信息,是一种近年来受到关注和研究的绝对姿态测量方法。研究该方法在小型无人机姿态测量应用中涉及的关键技术问题有着重要的理论研究与工程应用价值。论文分析论述了小型无人机常用的姿态测量方法和国内外基于红外辐射的姿态测量方法的研究与应用现状,深入分析研究了基于红外辐射的姿态测量方法的基本原理和实现方案,着重对测量轴传感器输出温差与对地倾角的关系、载体姿态角的解算算法及环境因素对测量结果的影响等关键技术问题进行了深入的理论分析和实验研究。论文还特别研究了传感器视角限制导致的测量盲区问题,提出了利用两只红外传感器合成大视角来消除测量盲区的新方法。实验结果表明,合成大视角的方法能够很好地解决盲区问题,具有不需进行盲区判别和传感器切换、实现算法相对简单的优点。论文详细介绍了实验研究平台的搭建及其硬件和软件的设计。实验研究平台由采用数字式热电堆红外传感器MLX90615设计的SMBus接口双轴和单轴测姿模块、嵌入了传感器数据采集处理程序和姿态解算程序的STM32F103C8T6微控制器开发板、GFSK无线数传链路、姿态数据接收与显示工作站等四部分组成。设计开发的测试用工作站软件包括数据接收通信程序、姿态数据存储程序和用于显示数据的虚拟航空仪表程序。实验研究工作在上述自行搭建的实验平台上完成,并搭载Phantom小型四旋翼飞行器进行了外场动态测试,与MEMS传感器捷联惯性姿态测量模块采用四元数法解算的姿态数据进行了实时对比测试。测试结果表明,动态条件下的红外姿态测量结果与惯性姿态测量结果有很好的吻合性。论文的研究工作成果对基于红外辐射的小型无人机姿态测量方法的研究与应用有很好的指导意义和借鉴价值。