什么是姿態解算
姿態解算也叫做姿態分析、姿態估計、姿態融合。姿態解算是根據IMU(慣性測量單元)數據(陀螺儀、加速度計、地磁計等)求解出飛行器的空中姿態,所以也叫做IMU數據融合。
姿態解算的目的
姿態解算目的是獲取飛行器機體坐標系在地球坐標系中的姿態角(也就是歐拉角)。但歐拉角不是直接測量的,而是通過IMU(慣性測量單元)數據(陀螺儀、加速度計、地磁計等)通過Mahony互補濾波算法或其它算法解算出姿態角的。
什么是姿態
姿態通俗的說就是指站在地面上觀察飛行器的俯仰(pitch)/橫滾(roll)/航向(yaw)狀態。飛行器需要實時知道當前自己的姿態,才能夠根據需要操控其接下來的動作,例如保持平穩,翻滾。
姿態表示方法
姿態有多種數學表示方式,常見的是四元數,歐拉角,方向余弦矩陣。他們各自有其自身的優點,在不同的領域使用不同的表示方式。在四軸飛行器中通常使用的是四元數、歐拉角和方向余弦矩陣。
飛機姿態角是按歐拉概念定義的,故亦稱歐拉角。飛機姿態角是由機體坐標系與地理坐標系之間的關系確定的,用航向角、俯仰角和橫滾角三個歐拉角表示。
第一張是繞x軸旋轉pitch,第二張繞y軸旋轉yaw,第三張是繞z軸旋轉rol
歐拉角表示:
萊昂哈德·歐拉用歐拉角來描述剛體在三維歐幾里得空間的取向。對於在三維空間里的一個參考系,任何坐標系的取向,都可以用三個歐拉角來表現。參考系又稱為實驗室參考系,是靜止不動的。而坐標系則固聯於剛體,隨着剛體的旋轉而旋轉。如下圖的左數第一個圖a 、β、y就是歐拉角。后面緊跟的三個圖演示了歐拉角是如何產生的,分別對應哪個角度。
四元數表示:
四元數是由愛爾蘭數學家威廉·盧雲·哈密頓在1843年發現的數學概念。從明確的角度而言,四元數是復數的不可交換延伸。如把四元數的集合考慮成多維實數空間的話,四元數就代表着一個四維空間,相對於復數為二維空間。