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加(jiā)速度计和(hé)陀(tuó)螺仪(yí)的区别

 

加速度计用于测量加速度。借助一个三轴(zhóu)加速度计可以测得一(yī)个固定平(píng)台相对地球表面的(de)运动方向,但是一旦平(píng)台运动起来,情(qíng)况就会变得复杂的多(duō)。如果平台做自由落体,加速度计测得的加速度值为零。如果平台朝某(mǒu)个方向做加速度运动(dòng),各个轴向加(jiā)速度值(zhí)会含有重力产生的加速度(dù)值,使得无法获得真正的(de)加速度值(zhí)。例如,安装在(zài)60度横滚角(jiǎo)飞机上的三(sān)轴加速度计会测得(dé)2G的(de)垂直加速度值,而事实上(shàng)飞机相(xiàng)对地区表面是60度的(de)倾角。因(yīn)此(cǐ),单(dān)独使用加速度计无(wú)法使(shǐ)飞机保(bǎo)持一个固定的(de)航向(xiàng)。

陀(tuó)螺仪测量机体围绕某个轴向的旋(xuán)转角速率值。使用陀螺仪测量飞机机体轴向的(de)旋转(zhuǎn)角速率时,如果飞机在(zài)旋转(zhuǎn),测得的(de)值为非零值,飞机不旋转时,测量的值为零。因此,在60度横滚角的飞(fēi)机(jī)上的陀螺仪测(cè)得的横(héng)滚(gǔn)角速(sù)率值为零,同样在飞机做水平(píng)直线飞行(háng)时(shí),角速率值为零。可以通过角速率值的时间积分来估计(jì)当前(qián)的横滚角度,前提是没有误差(chà)的累积。陀螺仪测量的值会随时间漂移,经过几分(fèn)钟甚至几(jǐ)秒钟定会累积出额外的误(wù)差来,而最(zuì)终会导致(zhì)对飞机当前相对水平面横滚角度完全错误(wù)的认知。因此,单独使用陀(tuó)螺仪也无(wú)法保(bǎo)持飞(fēi)机的(de)特定航(háng)向。

一言(yán)以蔽(bì)之,加速度计在较长时间的测量(liàng)值(确定飞机(jī)航向(xiàng))是正确的,而在较(jiào)短时间内由于信(xìn)号(hào)噪声(shēng)的存在,而有误(wù)差(chà)。陀螺(luó)仪在较(jiào)短时(shí)间内(nèi)则(zé)比较准确而较(jiào)长时(shí)间则(zé)会有(yǒu)与(yǔ)漂移(yí)而存有误差(chà)。因此,需要两者(相(xiàng)互调整)来确保航(háng)向的正确。

即使使用了两者(zhě),也只可以用(yòng)于测得飞机的俯仰(yǎng)和横滚角度(dù)。对(duì)于偏航角度,由于偏航角和重力方向正交(jiāo),无法(fǎ)用加速度计(jì)测量得到,因此还需要采用(yòng)其他设备(bèi)来校准测量偏航角度的陀螺仪的漂(piāo)移值。校准的(de)设备可(kě)以使用磁罗(luó)盘计(电(diàn)子磁(cí)罗盘,对磁场(chǎng)变(biàn)化和惯性力敏感)或者GPS

GPS数据更(gèng)新(xīn)较慢(1Hz10Hz),并且短时间内存在误差。可以只用GPS就(jiù)可(kě)在地磁平稳的时间内,在地面跟踪较为稳(wěn)定和慢速的飞(fēi)行(háng)器(qì)。

惯性导(dǎo)航单元(yuán)(IMU)组(zǔ)合(融(róng)合(hé))来自两(liǎng)个或以上的传感器(例如陀螺(luó)仪、加速度计、磁场计和/GPS)信息(xī)用于飞(fēi)机相对地球的航向(xiàng)矢量和速度矢(shǐ)量。这种融合算法相当复杂(zá),同时(shí)还需要对这些电子器(qì)件固(gù)有的测量噪声(shēng)进行特殊滤波(bō),因(yīn)此(cǐ)市场(chǎng)上具有(yǒu)还算过得去的参数,“廉价(jià)”的IMU的价格也要 10005000美元。

红(hóng)外水平感(gǎn)应(yīng)辅助导航仪价格便宜,只要有水平清晰的视觉,它(tā)工作良好。不幸的是,山(shān)峰、云层、烟雾(wù)和建筑等会(huì)影(yǐng)响其水平视觉。

最(zuì)后,用于UAV的导(dǎo)航器的设计(jì)技巧(设计方(fāng)案)依赖于使用目的、经费预算和传感(gǎn)器数据融(róng)合计算、卡尔曼滤波的便利性等方面。

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