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加速(sù)度计和陀螺仪的区别

 

加(jiā)速度计用于测量加速度。借助一个三轴(zhóu)加速(sù)度计可(kě)以测得一个固定(dìng)平台相对地(dì)球表面的运动方(fāng)向,但是一旦平台运动起来,情况就会变得复杂的(de)多。如果平台做(zuò)自由落体(tǐ),加速(sù)度(dù)计测得的(de)加速度值为零。如果平台朝某个方向做(zuò)加速度运动,各个轴(zhóu)向加速(sù)度值会含有(yǒu)重力(lì)产生的加速度值,使得无法获得真正的加速(sù)度值。例如,安装(zhuāng)在60度横滚(gǔn)角飞机上的三轴加速度计会测得(dé)2G的垂(chuí)直加速度值,而事实上飞机相对地区表面是60度的倾角。因此,单独使用(yòng)加速(sù)度计(jì)无法使飞机保持一(yī)个固定的(de)航向。

陀螺仪测量机体围绕某个轴向的旋转角速率(lǜ)值。使用陀螺仪(yí)测量飞机(jī)机体轴向的(de)旋(xuán)转角速率时,如果飞机在旋转,测得的值为(wéi)非(fēi)零值(zhí),飞机不旋(xuán)转时,测量的值为零。因此,在60度横滚(gǔn)角的飞机上的陀螺仪测得的横滚角速率(lǜ)值(zhí)为零,同样在飞机做水平直线(xiàn)飞(fēi)行时,角速(sù)率(lǜ)值为零(líng)。可以(yǐ)通过角速(sù)率值的时间积分来估计当前的横滚角度,前(qián)提是没有误(wù)差的累积(jī)。陀螺仪(yí)测量(liàng)的值会随时(shí)间漂移,经(jīng)过几(jǐ)分钟甚至几(jǐ)秒钟定会累积(jī)出额外的误差来,而最终会导致对飞机当(dāng)前相(xiàng)对(duì)水平面横滚角度(dù)完(wán)全错误的认知(zhī)。因此,单独使用陀螺仪也无法保持飞机的(de)特定(dìng)航向(xiàng)。

一言以蔽(bì)之,加速(sù)度计(jì)在较(jiào)长时(shí)间的(de)测量值(确定飞机航向)是正确的,而在较短时间内由于信(xìn)号噪声(shēng)的存(cún)在,而有误(wù)差。陀螺(luó)仪(yí)在(zài)较短时间内则比较(jiào)准确(què)而较长时(shí)间则(zé)会有与漂移而存有(yǒu)误差。因此,需要两者(相互调整)来确保航向(xiàng)的正确(què)。

即使使用了两者,也只可以用于测(cè)得(dé)飞机的俯仰和横滚角度。对于偏航角度,由于偏(piān)航角和(hé)重力方向正交,无法用加速度计测量得到,因此还需要采(cǎi)用其他(tā)设备来校准测量(liàng)偏(piān)航角度的陀螺仪的(de)漂移值。校准的设(shè)备(bèi)可(kě)以使用磁罗盘(pán)计(电子磁罗盘,对(duì)磁场变化和惯性力敏感)或者GPS

GPS数据更新较慢(1Hz10Hz),并(bìng)且短时间内存在误差。可以只用GPS就可(kě)在(zài)地磁平(píng)稳的(de)时间内,在地面跟踪较为稳定和慢速(sù)的飞行器。

惯性(xìng)导航单元(IMU)组合(融合)来自两个或(huò)以(yǐ)上的传感器(例如陀螺仪、加速度计、磁场计和/GPS)信息用于(yú)飞机相对地球的航向矢量(liàng)和速度矢量。这种融合(hé)算法相当(dāng)复杂,同时还(hái)需要(yào)对这些(xiē)电子器件固有的测量噪(zào)声(shēng)进行(háng)特殊滤波,因此(cǐ)市场上具有还算过得(dé)去的(de)参(cān)数,“廉价”的IMU的(de)价格(gé)也要(yào) 10005000美元。

红外水平(píng)感应辅助导航仪价格便宜,只(zhī)要有水平清晰的视觉,它工作良好。不幸(xìng)的是,山峰、云层、烟雾和建筑等会影响其水平视觉(jiào)。

最后(hòu),用于UAV的导航(háng)器的设计技巧(设计方案)依赖于使用目(mù)的、经费预算和(hé)传感(gǎn)器数据融(róng)合计算、卡尔曼滤波的(de)便利性等(děng)方面。

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