[UVA]Pixhawk之姿态解算篇
Posted _Summer__
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了[UVA]Pixhawk之姿态解算篇相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
一、开篇
还是没能进入到源码部分研究，对姿态解算过程太过于模糊，所以主要开始研究一下关于姿态解算的过程和实现，本篇博文主要是以mahony的算法为基础理解姿态解算的过程，主要参考的论文就是William Premerlani and Paul Bizard的关于DCM的一篇经典论文《Direction Cosine Matrix IMU_Theory》，一定要搞透这篇论文，没看过它都不敢称自己研究过飞控算法；然后接下来还有madgwick和mahony的论文需要研究，看英文的比较费时间，但是还是得慢慢的啃啊~~~
然后就是结合国内的一本很不错的书籍《捷联惯性导航技术》，不需要细看，只需要了解其中关于姿态解算部分的即可。国内的课本嘛，大家都懂的，恨不得手把手的教你了。国外的论文就不一样了，继续啃吧。
三、实验平台
Software Version：ArduCopter（Ver_3.3）
Hardware Version：pixhawk
IDE：eclipse Juno （Windows）
四、基本知识1、 陀螺仪和加速计（特性分析）
1）陀螺仪
Gyro sensitivity、 operating range、offset、drift、calibrationandsaturation must be taken into account in the implementation of DCM。
灵敏度
测量角速度，具有高动态特性，它是一个间接测量角度的器件其中一个关键参数就是gyro sensitivity（其单位是millivolts per degree persecond，把转速转换到电压值），测量范围越小气灵敏度越好。也就是说测量的是角度的导数，即角速度，要将角速度对时间积分才能得到角度。陀螺仪就是内部有一个陀螺，它的轴由于陀螺效应始终与初始方向平行，这样就可以通过与初始方向的偏差计算出旋转方向和角度。
偏移
偏移就是在陀螺没有转动的时候却又输出，这个输出量的大小和供电电压以及温度有关，该偏移可以在陀螺仪上电时通过一小段时间的测量来修正。
漂移
它是由于在时间的积累下偏移和噪声相互影响的结果，例如有一个偏置（offset）0.1dps加在上面，于是测量出来是0.1dps，积分一秒之后，得到的角度是0.1度，1分钟之后是6度，还能忍受，一小时之后是360度，转了一圈，也就是说，陀螺仪在短时间内有很大的参考价值。
白噪声
电信号的测量中，一定会带有白噪声，陀螺仪数据的测量也不例外。所以获得的陀螺仪数据中也会带有白噪声，而且这种白噪声会随着积分而累加。
积分误差
对陀螺仪角速度的积分是离散的，长时间的积分会出现漂移的情况。所以要考虑积分误差的问题。
溢出
就是转速超过了其测量的最大转速范围。关于这个问题的解决办法，在DCM IMU:Theory中给出来三种解决办法，不写了。
2）加速度计
加速度计的低频特性好，可以测量低速的静态加速度。在无人机上就是对重力加速度g的测量和分析。当把加速度计拿在手上随意转动时，看的是重力加速度在三个轴上的分量值。加速度计在自由落体时，其输出为0。为什么会这样呢？这里涉及到加速度计的设计原理：加速度计测量加速度是通过比力来测量(比力方程，秦永元的书中有介绍)，而不是通过加速度。加速度计仅仅测量的是重力加速度,而重力加速度与刚才所说的R坐标系（EarthFrame）是固连的,通过这种关系,可以得到加速度计所在平面与地面的角度关系。
加速度计仅仅测量的是重力加速度，3轴加速度计输出重力加速度在加速度计所在机体坐标系3个轴上的分量大小。重力加速度的方向和大小是固定的。通过这种关系，可以得到加速度计所在平面与地面的角度关系。加速度计若是绕着重力加速度的轴转动，则测量值不会改变，也就是说加速度计无法感知这种水平旋转。
以上是关于[UVA]Pixhawk之姿态解算篇的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章