傳感器是不是即插即用？并不是，傳感器接入硬件，需要首先對(duì)它們進(jìn)行校準(zhǔn)（標(biāo)定），來提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度。事實(shí)上，傳感器數(shù)據(jù)好壞直接影響了算法設(shè)計(jì)，傳感器數(shù)據(jù)越精確，控制效果上限越高，而算法本質(zhì)是在接近這個(gè)上限。校準(zhǔn)的意義可見一斑

校準(zhǔn)需要結(jié)合傳感器測(cè)量原理和誤差模型。那這篇首先來看一下，作為無人機(jī)最核心的IMU傳感器，其測(cè)量原理和業(yè)界常用的校準(zhǔn)算法，以及PX4上IMU校準(zhǔn)算法的實(shí)現(xiàn)

一 IMU測(cè)量原理

IMU（Inertial Measurement Unit 慣性測(cè)量單元）設(shè)備，通常包含三軸陀螺儀和三軸加速度計(jì)。其中，三軸陀螺儀是IMU的主要元件，很多近似濾波算法也是基于陀螺測(cè)量數(shù)據(jù)建立的，再用加速度計(jì)修正估計(jì)結(jié)果。陀螺儀高頻性能較好，可以用來測(cè)量高速運(yùn)動(dòng)，但是它存在零點(diǎn)漂移，容易受到溫度等環(huán)境因素影響；加速度計(jì)低頻性能較好，但數(shù)據(jù)易受震動(dòng)影響。通常需要物理上保證IMU恒溫和做減震處理

傳統(tǒng)機(jī)械陀螺儀基于陀螺的定軸性：高速旋轉(zhuǎn)的剛體，其旋轉(zhuǎn)軸在三維空間具有方向不變性，于是可以將機(jī)體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成角度偏移量來測(cè)量。但是這種方法依賴于機(jī)械上的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，對(duì)設(shè)備、環(huán)境等要求太高

MEMS (MicroElectroMechanical Systems微機(jī)電系統(tǒng))工藝出現(xiàn)之后，機(jī)械陀螺儀被逐漸取代，MEMS微機(jī)械陀螺基于科里奧利力：旋轉(zhuǎn)剛體沿徑向運(yùn)動(dòng)時(shí)受到切向力，可以施加徑向力將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成切向壓力來測(cè)量；另一種高精度的光纖陀螺則是基于薩格納克效應(yīng)，把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成干涉條紋的位移，用光敏傳感器測(cè)量

安裝其他工具和庫(kù)

sudo apt-get install build-essential cmake libeigen3-dev libqt4-dev libqt4-opengl-dev freeglut3-dev gnuplot

構(gòu)建運(yùn)行測(cè)試

cd imu_tk
mkdir build
cd build
cmake  ..
make
./test_imu_calib test_data/xsens_acc.mat test_data/xsens_gyro.mat

顯然，這種校準(zhǔn)算法依賴有一定計(jì)算能力的設(shè)備來完成數(shù)值迭代，在飛控處理器上幾乎不可能，為此PX4實(shí)現(xiàn)了一種近似的啟發(fā)式算法，下面一起看一下

四 PX4校準(zhǔn)算法

1 加速度計(jì)

之所以稱之啟發(fā)式算法，是因?yàn)樾?zhǔn)過程借助了擺放姿態(tài)的特殊性完成，十分巧妙

2 陀螺儀

PX4的陀螺儀只是靜置取平均求偏移量，并沒有標(biāo)定其他參數(shù)。