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加速(sù)度(dù)计和陀螺(luó)仪的区别

 

加速度计用于测量加速度。借助一个三轴加速度(dù)计可以测得一个固定平台相对地(dì)球表面的(de)运动方向(xiàng),但是一旦平台(tái)运动起来,情况(kuàng)就会变得复杂的(de)多(duō)。如果(guǒ)平台(tái)做自由落体,加速度计(jì)测得(dé)的加速度值为零(líng)。如果平台(tái)朝(cháo)某(mǒu)个方向做加速度运动(dòng),各个轴向加速(sù)度值会含有(yǒu)重力产生的加速度值,使(shǐ)得无法获得真正的加速度值。例如,安装(zhuāng)在60度横滚角飞机上的三(sān)轴加速度计会测(cè)得2G的垂直加速度值,而事实上飞(fēi)机相对地区表面是60度的倾角(jiǎo)。因此,单独使用加速度计无法使飞(fēi)机保(bǎo)持一个固定的航向。

陀螺仪测量机体围绕某个轴向的旋转角速率值。使用陀螺仪测量飞机机(jī)体轴向的旋转角速率时,如(rú)果飞机(jī)在旋转(zhuǎn),测得的值(zhí)为非零值,飞机(jī)不旋转时,测量的值为(wéi)零。因(yīn)此,在60度横滚(gǔn)角的飞机上的陀螺仪测得(dé)的(de)横滚角(jiǎo)速率值为(wéi)零,同样在(zài)飞机做水平直线飞行(háng)时,角(jiǎo)速率值为零。可以通过角速率值的时间积分来估计当前的横滚角度(dù),前提是没有(yǒu)误差的累积。陀螺(luó)仪测量的值会随(suí)时(shí)间漂(piāo)移,经过几分钟甚至(zhì)几秒钟定会累积出额外(wài)的误差(chà)来,而最终会导致对(duì)飞机当前相对水平面(miàn)横滚角(jiǎo)度完全错误(wù)的(de)认知。因此(cǐ),单独使用陀螺仪也无(wú)法保(bǎo)持(chí)飞机(jī)的特(tè)定航向。

一言以蔽(bì)之(zhī),加速度计(jì)在较长时间的测量值(确定飞机航向)是(shì)正确的,而在较短时(shí)间内由于(yú)信号噪声的存在(zài),而有(yǒu)误差。陀(tuó)螺(luó)仪在(zài)较短时间内则比较准(zhǔn)确而较长时间则会(huì)有与漂移而存有误差。因此,需要(yào)两者(相互调整(zhěng))来确保航向的(de)正确(què)。

即使使用(yòng)了两者,也(yě)只可以用于测(cè)得飞机的俯(fǔ)仰和横滚角度。对于偏航角度,由于偏航(háng)角和重力方向正交,无法用加速度计测量得到,因此还需要(yào)采(cǎi)用(yòng)其他设备来校(xiào)准测量偏(piān)航角度的陀螺仪的漂(piāo)移值(zhí)。校准(zhǔn)的设备可以使用磁罗盘计(电子磁罗(luó)盘,对(duì)磁场(chǎng)变(biàn)化和惯性力敏感(gǎn))或者GPS。

GPS数(shù)据更(gèng)新较慢(1Hz10Hz),并(bìng)且短时间(jiān)内存在误差。可以(yǐ)只(zhī)用GPS就可在地(dì)磁平(píng)稳的时间内,在地面跟踪(zōng)较为稳定和慢速(sù)的飞行器。

惯(guàn)性导(dǎo)航单(dān)元(yuán)(IMU)组合(融(róng)合)来自两个或以上的传(chuán)感器(例如陀螺仪(yí)、加速度计、磁场计和/GPS)信(xìn)息(xī)用于飞机相(xiàng)对地球的航向矢(shǐ)量和(hé)速(sù)度矢量(liàng)。这种融合算法(fǎ)相当复杂,同时还需(xū)要对这些(xiē)电子(zǐ)器(qì)件固(gù)有的测量噪声进行(háng)特殊滤波(bō),因此市场上具有还算过(guò)得去的参数,“廉价”的(de)IMU的价格也要 10005000美元。

红外水平感应辅助导航仪价格(gé)便宜(yí),只要有水平清晰(xī)的视觉(jiào),它工作(zuò)良好。不幸的是,山峰、云层、烟雾(wù)和建筑等会影响其水平(píng)视觉。

最(zuì)后(hòu),用于(yú)UAV的导(dǎo)航器(qì)的设计(jì)技巧(设计方案)依(yī)赖(lài)于使(shǐ)用目(mù)的、经费预算和传感器数据融合计算、卡尔曼滤波的便(biàn)利(lì)性等方(fāng)面(miàn)。

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