作者volup (科抖科)
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标题[提问] 战机在高G下的姿态估计
时间Sat Dec 23 20:41:55 2023
一般来说航空器要估计俯仰(pitch)，滚转(row)，
会利用惯性测量单元：三轴加数度计，三轴陀螺仪(角速度计)
然後利用互补滤波来互相补偿陀螺仪的积分误差，跟加速度的延迟问题。
但是互补滤波的前提是机体不会常态进行高G运动，如四轴无人机
也就是说假设加速度计只承受地球重力，
才能利用侦测到的地球重力的偏移来估计当前pitch跟row
那战斗机等会常态高G机动的机体，
其航电要如何把加速计量测值拆分出地球重力跟机体加速度呢?
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1F：推 wahaha99 : ...不就解算出姿态後, 减掉向下的重力加速度? 12/23 20:50
2F：→ wahaha99 : 好比说目前垂直爬升中, 那麽姿态就是俯仰, 12/23 20:50
3F：→ wahaha99 : 这时刚好加速度与重力重叠, 就减掉 12/23 20:51
4F：→ wahaha99 : 如果是其他姿态,也只是加入另两轴的和计算 12/23 20:52
这是蛋生鸡鸡生蛋的问题啊，你不知道真实加速度，怎麽知道重力加速度方向
不知道重力加速度，怎麽解算姿态，是可以利用陀螺仪积分，但是时间久了会
累积误差，所以需要加速计的估计值来校正误差，那又回到原本问题了
5F：推 kdjf : 当你的陀螺仪一小时只漂一度时，干嘛交互矫正... 飞 12/23 21:05
6F：→ kdjf : 够高还有 12/23 21:05
※ 编辑: volup (123.193.248.45 台湾), 12/23/2023 21:33:08
7F：推 ckbling : 战机在起飞前整备的时候会先对着这几个惯性测量仪 12/23 21:34
8F：→ ckbling : 器校正 12/23 21:34
9F：→ ckbling : 舰载机因为有航舰移动与海浪有专属航舰部署的特殊 12/23 21:34
10F：→ ckbling : 校正模式 12/23 21:34
11F：推 wahaha99 : 不是啊,真实重力加速度是由加速度计计算的, 12/23 21:36
12F：→ wahaha99 : 而真实加速度计本来就包含重力了, 12/23 21:36
13F：→ wahaha99 : 不会不知道啊, 从读数上就是水平无加速度时, 12/23 21:37
14F：→ wahaha99 : 会朝向地心有一个9.8m/s^2的加速度在, 12/23 21:37
15F：→ wahaha99 : 或是计做1G 12/23 21:37
16F：推 ckbling : 也就是做高G机动以前重力方向已经确定了 最多就是ov 12/23 21:38
17F：→ ckbling : erflow 的问题 12/23 21:38
18F：推 wahaha99 : 你各位现在就是受到1G啊, 垂直地心的 12/23 21:40
19F：→ wahaha99 : 如果说你在加速度计上看不到这1G, 那是被软体计算时 12/23 21:41
20F：→ wahaha99 : 给刻意减掉了 12/23 21:41
21F：→ wahaha99 : 计算的是扣掉地心引力外的加速度 12/23 21:41
那是因为当停在地面水平无加速这个特例时，我们确切知道姿态就是水平，
所以知道这时重力分量是x=0, y=0, z=-9.8
当开始机动时，机体自身会有加速度，同时也会有地球重力，而感测器量测到的是
两者加在一起。你必须先知道姿态，才得知道重力分量，才能把感测器的数据扣除
重力，才得知机体加速度，而不是反过来先知道机体加速度，在知道重力分量，再解算
出姿态。
※ 编辑: volup (123.193.248.45 台湾), 12/23/2023 21:52:42
22F：→ wahaha99 : .....姿态是陀螺仪的事情 12/23 21:56
23F：→ wahaha99 : 你从陀螺仪得到姿态,自然能解算加速计这边的加速度 12/23 21:56
24F：→ wahaha99 : 是相对机身什麽方向 12/23 21:57
陀螺仪测量的是角速度，所以要靠陀螺仪得到姿态，要对角速度积分，
还得要有起始值(这问题不大，起飞前设为水平就好)
问题是积分久了会累积误差，所以才会有加上加速计的互补滤波演算法。
※ 编辑: volup (123.193.248.45 台湾), 12/23/2023 22:01:04
25F：推 redsquad : 平飞0.75G加速跟37.5度等速爬升 读值会一样吧？ 12/23 21:59
26F：→ wahaha99 : 或是换个角度说好了, 加速度计是绝对向量, 12/23 22:00
27F：→ wahaha99 : 是基於地球引力的,姿态则是相对向量, 12/23 22:00
28F：→ wahaha99 : 光有加速度计, 你只能解算出绝对加速度, 12/23 22:01
29F：→ wahaha99 : 没办法解算实际上机体的方向(我朝X轴做2G加速, 12/23 22:02
30F：→ wahaha99 : 是机头?机尾方向? 不知道) 12/23 22:02
31F：→ wahaha99 : 所以才会用上陀螺仪, 来加上姿态 12/23 22:03
32F：→ wahaha99 : 至於你说的互补,那个是校正问题,但初期没问题啊, 12/23 22:03
33F：→ wahaha99 : 起飞时依照水平校正就完事 12/23 22:03
34F：→ wahaha99 : 到後期谁校正谁,就看谁累积务差小啊,但累积到一个 12/23 22:04
35F：→ wahaha99 : 程度,就一定还是得重来的,两个都会有误差 12/23 22:04
36F：→ wahaha99 : (还是加速度计没有累积误差,我有点忘了) 12/23 22:05
我认为最终可能是利用定翼机的加速特性
例如只可能会有上下的大幅加速，不太可能会有大幅左右加速
至於前後加速，除非推重比真的超大否则也不会太夸张
产生的误差在多数情况下不至於影响飞行员决策判断
角速度积分误差总是会有那麽一刻回到平飞状态让软体去校正
※ 编辑: volup (123.193.248.45 台湾), 12/23/2023 22:11:03
37F：→ wahaha99 : 不过跟高G不高G倒是没啥关联, 我记得陀螺仪的误差是 12/23 22:05
38F：→ wahaha99 : 随时间累积而不是随加速度或姿态累积 12/23 22:06
39F：推 wahaha99 : 回redsquad,看你是指三轴还是一轴 12/23 22:08
41F：→ kdjf : 这是颗199x的量产雷射陀螺仪,在战机没油前顶多差2度 12/23 22:55
42F：→ kdjf : 用好一点的陀螺仪，你在想的问题直接不存在 12/23 22:56
43F：推 hjfreaks : 滚转roll 姿态看姿态仪 姿态仪就是用陀螺仪原理 12/24 00:03
44F：→ TakeokaMiho : 起飞前校正 後面全部陀螺仪 12/24 01:48
45F：→ snalvc : 你所谓陀螺仪加速度计互补滤波是MEMS才要这样做吧 12/24 09:53
46F：→ snalvc : 光纤或是雷射陀螺仪积分误差和MEMS陀螺仪不在同一个 12/24 09:54
47F：→ snalvc : 等级 12/24 09:54
48F：→ snalvc : 还有传统机械式陀螺仪是直接给角度并不是角速度 12/24 09:56
49F：推 tfe : 一般民用的姿态计算不是用不太准的互补滤波，是用Ka 12/25 11:38
50F：→ tfe : lman filter, Kalman filter 从早期的EKF,发展到现 12/25 11:38
51F：→ tfe : 在的UKF。军用的应该有更准确的演算法跟更准确也更 12/25 11:38
52F：→ tfe : 贵的感测器 12/25 11:38