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加速度计和陀螺仪(yí)的区(qū)别(bié)

 

加速(sù)度计用于测量加速度。借助一个三轴(zhóu)加速度计可(kě)以(yǐ)测得一个固定(dìng)平台相对地球表面(miàn)的运动方向,但是一旦平台运动起来,情况就(jiù)会变得复(fù)杂的(de)多。如(rú)果平台(tái)做自由落体,加速度计(jì)测得的加速度值(zhí)为零。如(rú)果平(píng)台(tái)朝某个方(fāng)向做加速度运动,各(gè)个轴向加(jiā)速(sù)度值会(huì)含有(yǒu)重力产生的(de)加速度值,使得无法获得真正的加(jiā)速(sù)度值。例如,安装在60度(dù)横滚角飞机上的三(sān)轴加速度计(jì)会测得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(dú)使用(yòng)加速度(dù)计无法使飞机保持一个(gè)固(gù)定的航向。

陀螺仪测量机体(tǐ)围绕(rào)某个轴向的旋转角速(sù)率值。使用(yòng)陀(tuó)螺仪测量飞(fēi)机机体轴向的旋转角速(sù)率时,如果(guǒ)飞机在(zài)旋转,测(cè)得的(de)值为(wéi)非零值,飞机(jī)不(bú)旋转时,测量的值为零(líng)。因(yīn)此,在(zài)60度横滚角的飞机上的陀螺仪测得(dé)的横滚(gǔn)角速率值为零,同样(yàng)在飞机做水平直线飞行时(shí),角速率值为零。可以通过角速率值(zhí)的(de)时间积分来估计当前的横(héng)滚角度,前提是没有(yǒu)误(wù)差的累积(jī)。陀(tuó)螺仪测量的值(zhí)会随时间漂移,经过(guò)几分钟甚(shèn)至几秒钟定会累积出(chū)额外的误差来,而最终会导致对飞机当前相(xiàng)对水(shuǐ)平面横滚角度完全错误的(de)认知。因此,单独(dú)使用陀螺仪也无(wú)法保持飞机(jī)的特定航(háng)向。

一言以蔽之(zhī),加速度计在(zài)较长时(shí)间的测(cè)量值(zhí)(确定飞机航向)是正确的,而在较短(duǎn)时间内由于信号噪声(shēng)的存在,而有误(wù)差。陀螺仪(yí)在较短(duǎn)时间内则比较准确而较长(zhǎng)时间则会有与漂移而存有误差。因此,需要(yào)两者(相互调整)来(lái)确保航向的(de)正确。

即(jí)使(shǐ)使用了两者,也只可以用(yòng)于测得飞机的俯仰和(hé)横(héng)滚角度。对于偏(piān)航(háng)角度(dù),由于(yú)偏航角和重力方向正交,无法(fǎ)用加速度计(jì)测量(liàng)得到,因此还需要采用其(qí)他设备来校(xiào)准测量偏航(háng)角(jiǎo)度的陀螺仪(yí)的漂移值。校(xiào)准的(de)设备可以使用磁(cí)罗盘计(电子磁罗盘,对磁(cí)场变化和惯性力敏感)或者GPS

GPS数据更新较慢(màn)(1Hz10Hz),并且短时间内存在误(wù)差。可以(yǐ)只用(yòng)GPS就可在地磁平(píng)稳的时(shí)间内,在地面跟(gēn)踪较为(wéi)稳(wěn)定和慢速的飞行器(qì)。

惯性导航单元(IMU)组合(融(róng)合(hé))来自两(liǎng)个(gè)或以上的传感器(例(lì)如陀螺仪、加速度计、磁场计(jì)和/GPS)信息(xī)用于飞机相对地(dì)球的航向矢(shǐ)量和(hé)速度矢量。这种融(róng)合算(suàn)法相当复杂,同时还需(xū)要对这些电子器件固有的测量噪声进行特殊滤波,因此市场上具有(yǒu)还算(suàn)过得(dé)去的参数,“廉价”的IMU的价格也要 10005000美元(yuán)。

红外水平感应辅(fǔ)助导航仪(yí)价格便宜,只要有水平清晰(xī)的视觉,它工作良好。不幸的是(shì),山峰、云层、烟雾和(hé)建筑等会影响其水平视觉(jiào)。

最后,用于UAV的导航器的设(shè)计技巧(设计(jì)方案)依赖于使用目的(de)、经费预算和(hé)传感器数据(jù)融(róng)合计(jì)算、卡尔曼滤(lǜ)波的便(biàn)利(lì)性等方面。

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