• 姿态解析


    什么是姿态解算

    姿态解算也叫做姿态分析、姿态估计、姿态融合。姿态解算是根据IMU(惯性测量单元)数据(陀螺仪、加速度计、地磁计等)求解出飞行器的空中姿态,所以也叫做IMU数据融合。

    姿态解算的目的

    姿态解算目的是获取飞行器机体坐标系在地球坐标系中的姿态角(也就是欧拉角)。但欧拉角不是直接测量的,而是通过IMU(惯性测量单元)数据(陀螺仪、加速度计、地磁计等)通过Mahony互补滤波算法或其它算法解算出姿态角的。

    什么是姿态

    姿态通俗的说就是指站在地面上观察飞行器的俯仰(pitch)/横滚(roll)/航向(yaw)状态。飞行器需要实时知道当前自己的姿态,才能够根据需要操控其接下来的动作,例如保持平稳,翻滚。

    姿态表示方法

    姿态有多种数学表示方式,常见的是四元数,欧拉角,方向余弦矩阵。他们各自有其自身的优点,在不同的领域使用不同的表示方式。在四轴飞行器中通常使用的是四元数、欧拉角和方向余弦矩阵。
    飞机姿态角是按欧拉概念定义的,故亦称欧拉角。飞机姿态角是由机体坐标系与地理坐标系之间的关系确定的,用航向角、俯仰角和横滚角三个欧拉角表示。

     第一张是绕x轴旋转pitch,第二张绕y轴旋转yaw,第三张是绕z轴旋转rol

     

    欧拉角表示:

    莱昂哈德·欧拉用欧拉角来描述刚体在三维欧几里得空间的取向。对于在三维空间里的一个参考系,任何坐标系的取向,都可以用三个欧拉角来表现。参考系又称为实验室参考系,是静止不动的。而坐标系则固联于刚体,随着刚体的旋转而旋转。如下图的左数第一个图a 、β、y就是欧拉角。后面紧跟的三个图演示了欧拉角是如何产生的,分别对应哪个角度。

    四元数表示:

    四元数是由爱尔兰数学家威廉·卢云·哈密顿在1843年发现的数学概念。从明确的角度而言,四元数是复数的不可交换延伸。如把四元数的集合考虑成多维实数空间的话,四元数就代表着一个四维空间,相对于复数为二维空间。

     

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