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计算姿态角所需传感器数据的计算方法

(2016-10-25 09:39:22)
分类: 四轴飞行器
一、姿态角的测量途径
1.加速度传感器(摘自 基于三轴加速度传感器的倾角测量系统的设计--徐晓翔) http://s10/mw690/006gcDIkzy75TdPUCdX09&690
http://s10/mw690/006gcDIkzy75TdWZsMh79&690

http://s2/mw690/006gcDIkzy75TdX2ach61&690
关于公式的理解:
例如第二个公式,无论传感器处于何种姿态,X和Z轴的分量的平方和开根号得到的数值处于Y和Z轴构成的平面中,因此得到了公式2.
加速度传感器的缺陷:
只能通过三角函数计算得到X,Y轴的夹角,无法得到绕Z轴旋转的角度;另外,加速度传感器的数据容易受震动等因素的影响,短期的数据变化很大,因此用低通滤波器获得长期变化的数据,把高频噪声滤除掉。

2.陀螺仪传感器
陀螺仪测量的是3轴的角速度,理论上通过对时间的积分可以得到传感器从水平位置绕每个轴旋转所得的角度angle += gyro*dt;
陀螺仪的瞬时值反应了传感器的每个轴准确的转速,需要得到高频的瞬时转速,但是由于长期的温度漂移,造成误差,因此需要高通滤波器,滤除掉缓慢变化的温度漂移误差。
3.测力计传感器
假设传感器水平放置,传感器的三轴的磁场分量,其中水平面的磁场分量Hx和Hy的合向量总是指向Hnorth,而此时传感器的X轴与Hnorth的夹角就是此时传感器所处的方位角,则此时磁场的方位角计算公式如下图:
http://s9/mw690/006gcDIkzy75ThjJG3K78&690
然而,一般在飞行器上,磁力计无法总是水平,此时需要加速度计进行补偿从而得到当前的真实X,Y的磁力分量。




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