作者volup (科抖科)
看板Military
標題[提問] 戰機在高G下的姿態估計
時間Sat Dec 23 20:41:55 2023
一般來說航空器要估計俯仰(pitch)，滾轉(row)，
會利用慣性測量單元：三軸加數度計，三軸陀螺儀(角速度計)
然後利用互補濾波來互相補償陀螺儀的積分誤差，跟加速度的延遲問題。
但是互補濾波的前提是機體不會常態進行高G運動，如四軸無人機
也就是說假設加速度計只承受地球重力，
才能利用偵測到的地球重力的偏移來估計當前pitch跟row
那戰鬥機等會常態高G機動的機體，
其航電要如何把加速計量測值拆分出地球重力跟機體加速度呢?
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※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 123.193.248.45 (臺灣)
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1F：推 wahaha99 : ...不就解算出姿態後, 減掉向下的重力加速度? 12/23 20:50
2F：→ wahaha99 : 好比說目前垂直爬升中, 那麼姿態就是俯仰, 12/23 20:50
3F：→ wahaha99 : 這時剛好加速度與重力重疊, 就減掉 12/23 20:51
4F：→ wahaha99 : 如果是其他姿態,也只是加入另兩軸的和計算 12/23 20:52
這是蛋生雞雞生蛋的問題啊，你不知道真實加速度，怎麼知道重力加速度方向
不知道重力加速度，怎麼解算姿態，是可以利用陀螺儀積分，但是時間久了會
累積誤差，所以需要加速計的估計值來校正誤差，那又回到原本問題了
5F：推 kdjf : 當你的陀螺儀一小時只漂一度時，幹嘛交互矯正... 飛 12/23 21:05
6F：→ kdjf : 夠高還有 12/23 21:05
※ 編輯: volup (123.193.248.45 臺灣), 12/23/2023 21:33:08
7F：推 ckbling : 戰機在起飛前整備的時候會先對著這幾個慣性測量儀 12/23 21:34
8F：→ ckbling : 器校正 12/23 21:34
9F：→ ckbling : 艦載機因為有航艦移動與海浪有專屬航艦部署的特殊 12/23 21:34
10F：→ ckbling : 校正模式 12/23 21:34
11F：推 wahaha99 : 不是啊,真實重力加速度是由加速度計計算的, 12/23 21:36
12F：→ wahaha99 : 而真實加速度計本來就包含重力了, 12/23 21:36
13F：→ wahaha99 : 不會不知道啊, 從讀數上就是水平無加速度時, 12/23 21:37
14F：→ wahaha99 : 會朝向地心有一個9.8m/s^2的加速度在, 12/23 21:37
15F：→ wahaha99 : 或是計做1G 12/23 21:37
16F：推 ckbling : 也就是做高G機動以前重力方向已經確定了 最多就是ov 12/23 21:38
17F：→ ckbling : erflow 的問題 12/23 21:38
18F：推 wahaha99 : 你各位現在就是受到1G啊, 垂直地心的 12/23 21:40
19F：→ wahaha99 : 如果說你在加速度計上看不到這1G, 那是被軟體計算時 12/23 21:41
20F：→ wahaha99 : 給刻意減掉了 12/23 21:41
21F：→ wahaha99 : 計算的是扣掉地心引力外的加速度 12/23 21:41
那是因為當停在地面水平無加速這個特例時，我們確切知道姿態就是水平，
所以知道這時重力分量是x=0, y=0, z=-9.8
當開始機動時，機體自身會有加速度，同時也會有地球重力，而感測器量測到的是
兩者加在一起。你必須先知道姿態，才得知道重力分量，才能把感測器的數據扣除
重力，才得知機體加速度，而不是反過來先知道機體加速度，在知道重力分量，再解算
出姿態。
※ 編輯: volup (123.193.248.45 臺灣), 12/23/2023 21:52:42
22F：→ wahaha99 : .....姿態是陀螺儀的事情 12/23 21:56
23F：→ wahaha99 : 你從陀螺儀得到姿態,自然能解算加速計這邊的加速度 12/23 21:56
24F：→ wahaha99 : 是相對機身什麼方向 12/23 21:57
陀螺儀測量的是角速度，所以要靠陀螺儀得到姿態，要對角速度積分，
還得要有起始值(這問題不大，起飛前設為水平就好)
問題是積分久了會累積誤差，所以才會有加上加速計的互補濾波演算法。
※ 編輯: volup (123.193.248.45 臺灣), 12/23/2023 22:01:04
25F：推 redsquad : 平飛0.75G加速跟37.5度等速爬升 讀值會一樣吧？ 12/23 21:59
26F：→ wahaha99 : 或是換個角度說好了, 加速度計是絕對向量, 12/23 22:00
27F：→ wahaha99 : 是基於地球引力的,姿態則是相對向量, 12/23 22:00
28F：→ wahaha99 : 光有加速度計, 你只能解算出絕對加速度, 12/23 22:01
29F：→ wahaha99 : 沒辦法解算實際上機體的方向(我朝X軸做2G加速, 12/23 22:02
30F：→ wahaha99 : 是機頭?機尾方向? 不知道) 12/23 22:02
31F：→ wahaha99 : 所以才會用上陀螺儀, 來加上姿態 12/23 22:03
32F：→ wahaha99 : 至於你說的互補,那個是校正問題,但初期沒問題啊, 12/23 22:03
33F：→ wahaha99 : 起飛時依照水平校正就完事 12/23 22:03
34F：→ wahaha99 : 到後期誰校正誰,就看誰累積務差小啊,但累積到一個 12/23 22:04
35F：→ wahaha99 : 程度,就一定還是得重來的,兩個都會有誤差 12/23 22:04
36F：→ wahaha99 : (還是加速度計沒有累積誤差,我有點忘了) 12/23 22:05
我認為最終可能是利用定翼機的加速特性
例如只可能會有上下的大幅加速，不太可能會有大幅左右加速
至於前後加速，除非推重比真的超大否則也不會太誇張
產生的誤差在多數情況下不至於影響飛行員決策判斷
角速度積分誤差總是會有那麼一刻回到平飛狀態讓軟體去校正
※ 編輯: volup (123.193.248.45 臺灣), 12/23/2023 22:11:03
37F：→ wahaha99 : 不過跟高G不高G倒是沒啥關聯, 我記得陀螺儀的誤差是 12/23 22:05
38F：→ wahaha99 : 隨時間累積而不是隨加速度或姿態累積 12/23 22:06
39F：推 wahaha99 : 回redsquad,看你是指三軸還是一軸 12/23 22:08
41F：→ kdjf : 這是顆199x的量產雷射陀螺儀,在戰機沒油前頂多差2度 12/23 22:55
42F：→ kdjf : 用好一點的陀螺儀，你在想的問題直接不存在 12/23 22:56
43F：推 hjfreaks : 滾轉roll 姿態看姿態儀 姿態儀就是用陀螺儀原理 12/24 00:03
44F：→ TakeokaMiho : 起飛前校正 後面全部陀螺儀 12/24 01:48
45F：→ snalvc : 你所謂陀螺儀加速度計互補濾波是MEMS才要這樣做吧 12/24 09:53
46F：→ snalvc : 光纖或是雷射陀螺儀積分誤差和MEMS陀螺儀不在同一個 12/24 09:54
47F：→ snalvc : 等級 12/24 09:54
48F：→ snalvc : 還有傳統機械式陀螺儀是直接給角度並不是角速度 12/24 09:56
49F：推 tfe : 一般民用的姿態計算不是用不太準的互補濾波，是用Ka 12/25 11:38
50F：→ tfe : lman filter, Kalman filter 從早期的EKF,發展到現 12/25 11:38
51F：→ tfe : 在的UKF。軍用的應該有更準確的演算法跟更準確也更 12/25 11:38
52F：→ tfe : 貴的感測器 12/25 11:38