1、飛控里面的地磁計(jì)的作用?

飛控里的傳感器單元，最重要的是IMU，這里一般是泛指，準(zhǔn)確的說(shuō)法是AHRS(姿態(tài)航向參考系統(tǒng))，前面有提到過(guò)，加速度計(jì)和陀螺儀能準(zhǔn)確估計(jì)出飛行器的roll和pitch，然而yaw是不能通過(guò)這兩個(gè)準(zhǔn)確得到的，這里就需要地磁計(jì)了。地磁計(jì)主要是根據(jù)地磁向量，求出飛行器與磁北的夾角。

2、地磁計(jì)的原始數(shù)據(jù)?

姿態(tài)解算算法運(yùn)行前，飛控驅(qū)動(dòng)層要能準(zhǔn)確獲取地磁計(jì)的數(shù)據(jù)，然而如何判定數(shù)據(jù)的有效性呢?

根據(jù)手冊(cè)，一般會(huì)提供如何配置，并轉(zhuǎn)換成高斯單位。判定數(shù)據(jù)的方法就是當(dāng)模塊指向正北的時(shí)候，x/y軸的數(shù)據(jù)正向最大，指南的時(shí)候，為負(fù)值最大。而且一般地球磁場(chǎng)(忽略干擾的話)數(shù)值很小，大約只有0.5高斯。

3、計(jì)算yaw需要加速度計(jì)嗎?

需要用到加速度計(jì)校準(zhǔn)飛行器的水平誤差，補(bǔ)償傾斜角度。

4、磁偏角?

姿態(tài)解算的時(shí)候，如要得到精確的yaw，則需要考慮磁偏角，這是什么?

因?yàn)榛诖疟狈较虻暮较蚪桥c真北方向的航向角是有差異的，也就是磁北和真北存在角度偏差，而我們姿態(tài)解算是靠磁北來(lái)算與真北的角度，所以要補(bǔ)償這個(gè)夾角，這個(gè)就是磁偏角，因?yàn)榈卮攀菚?huì)隨著時(shí)間、地點(diǎn)變化而變化，所以磁偏角也不是一個(gè)固定值。

當(dāng)然，一般這個(gè)角度不是很大的值，大約在5度左右，精度要求高的話可以補(bǔ)償。

5、如何計(jì)算磁偏角?

可以根據(jù)GPS得到當(dāng)前飛行器的經(jīng)緯度，通過(guò)經(jīng)緯度去計(jì)算磁偏角，相應(yīng)的計(jì)算參看開源飛控PX4代碼。

6、地磁干擾?

由于地磁磁場(chǎng)太過(guò)微弱，只有0.5高斯，所以很容易受到外界干擾，數(shù)據(jù)變化較大。

一般將地磁干擾分成兩種，一種是硬磁干擾，另一種是軟磁干擾。

硬磁干擾：認(rèn)為是飛行器上被磁化的物質(zhì)所產(chǎn)生的，一般干擾是一個(gè)固定值，不隨著航向的變化而變化;

軟磁干擾：認(rèn)為是地磁磁場(chǎng)與飛行器周圍的磁化物質(zhì)相互作用而產(chǎn)生的，這個(gè)干擾數(shù)值通常不是一個(gè)固定值，與航向有關(guān)。

7、地磁校準(zhǔn)?

那如何去除干擾?通常是在使用前進(jìn)行校準(zhǔn)。

一般方法就是將飛行器按特定角度進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，得到不同姿態(tài)下的磁場(chǎng)強(qiáng)度值，通過(guò)對(duì)測(cè)量值進(jìn)行分析來(lái)校準(zhǔn)，主要用來(lái)糾正零偏。

8、校準(zhǔn)方法的區(qū)別?

校準(zhǔn)地磁的算法，常見的有最小二乘擬合橢球、求取零點(diǎn)偏移等方法。

9、不校準(zhǔn)的影響?

Mag如果不進(jìn)行校準(zhǔn)，而原始數(shù)據(jù)的零點(diǎn)偏移很大的時(shí)候，這時(shí)候計(jì)算yaw會(huì)有很大的誤差。

10、如何判定是否需要校準(zhǔn)?

為什么到一個(gè)新地方就需要校準(zhǔn)?

不同的地理環(huán)境，會(huì)讓地磁數(shù)據(jù)發(fā)生變化，即零偏會(huì)發(fā)生變化，所以一般在新的地理環(huán)境下都需要進(jìn)行校準(zhǔn)。

a)看mag的原始數(shù)據(jù)值，旋轉(zhuǎn)一圈，最大最小值得到的零點(diǎn)是否偏離0很大;

b)又或者通過(guò)yaw進(jìn)行判定，飛行過(guò)程中，飛行器往前飛行(只打pitch桿)，是否飛的很直;c)地面實(shí)時(shí)看yaw，每次旋轉(zhuǎn)90度，轉(zhuǎn)一圈，看每次yaw的收斂情況和收斂方向，如最終收斂的角度與旋轉(zhuǎn)的90度較大誤差，則需要進(jìn)行校準(zhǔn)。

11、地磁校準(zhǔn)能解決一切問題嗎?

答案是否定的，在某些極端情況下，地磁的干擾不能完全通過(guò)校準(zhǔn)進(jìn)行消除。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，比如外界的干擾造成地磁向量出現(xiàn)偏差，所以這時(shí)候通過(guò)這個(gè)有偏差的地磁向量作為參考去校準(zhǔn)，所得到的值也是不正確的，校準(zhǔn)只能解決數(shù)據(jù)偏移問題，不能解決干擾問題。因此會(huì)造成yaw不夠精確，保證飛行的直線，這個(gè)要求在植保機(jī)尤為重要。出現(xiàn)這種情況下，只能通過(guò)其他辦法進(jìn)行補(bǔ)償，比如加入GPS數(shù)據(jù)，這里筆者提供一個(gè)思路，前飛時(shí)，獲取gps的heading_2d信息，即飛行器前進(jìn)的角度，如果不是直線飛行，yaw有誤差，則兩者之間會(huì)有誤差，將該誤差進(jìn)入解算中進(jìn)行補(bǔ)償，可得到較為準(zhǔn)確的yaw(注：該方法只適用于飛行速度較快的情況下)。

12、地磁如何作用姿態(tài)解算?

舉兩個(gè)常見的例子說(shuō)明：

a)mahony算法中，地磁校正的原理是，將參考坐標(biāo)系(NED系)中的地磁向量作為參考，認(rèn)為是(bx,0,bz)’，因?yàn)榍懊嬷v過(guò)，地磁向量指向正北是，水平的x/y軸，值最大。所以飛行器的地磁在機(jī)體系下的測(cè)量值(mx,my,mz)’，經(jīng)過(guò)矩陣轉(zhuǎn)換，得到參考坐標(biāo)系下的值(hx,hy,hz)’，與參考向量相比，水平上的地磁向量值，肯定是相同的(不管坐標(biāo)系如何變化)，即bx2= hx2+hy2，再將其轉(zhuǎn)換到機(jī)體坐標(biāo)系，得到的向量與測(cè)量向量(mx,my,mz)’求誤差，這個(gè)誤差就認(rèn)為是yaw的誤差角度，對(duì)其做PI修正。

注意，這里的z軸可以不考慮，即假定參考向量是(bx,0,0)’，參考坐標(biāo)系的測(cè)量值為(hx,hy,0)’，這種方法的好處是mag數(shù)據(jù)只會(huì)影響到y(tǒng)aw的計(jì)算，而不會(huì)與roll、pitch耦合。

b)PX4的attitude_estimator_q中，本質(zhì)與mahony算法一樣，不過(guò)形式上地磁的部分處理有些不一樣。

將地磁的測(cè)量值轉(zhuǎn)換到參考坐標(biāo)系(NED系)下后，通過(guò)atan(y/x)來(lái)得到y(tǒng)aw，不管角度是否正確，假定為有誤差的，水平認(rèn)為是沒有誤差的，形成(0,0,mag_err)向量，再轉(zhuǎn)換到機(jī)體坐標(biāo)系，乘以一個(gè)校正的參數(shù)，作為補(bǔ)償加入到解算中。（來(lái)源網(wǎng)絡(luò)）