悖论：我不能使用加速度计测量来获取有关四轴飞行器状态的信息吗？

#1 楼

我遇到了同样的难题。一开始我就有一个线索，即由于气动阻力，重力信息包含在加速度计的测量中。然后我找到了论文《加速度传感器反馈在Quadrotor控制中的真正作用》，证明了这一想法。

我的仿真也揭示了稳定过程。只要四旋翼飞机产生的推力不抵消重力，并因此具有非零速度，IMU测得的加速度与由于气动阻力而由推力引起的加速度或多或少有所不同，并倾向于重力矢量的倒数。这种差异使控制器意识到不稳定性并尝试进行纠正。校正后，推力变得更接近重力的倒数，并且抵抗空气阻力的能力降低，这导致阻力对加速度计测量的影响更大。

请注意，空气阻力是如此低速时，四旋翼飞机对重力的了解很少，因此主要取决于陀螺仪以及人工控制或其他速度/位置信息。

#2 楼

如果无人机没有坠落（在天空中保持高度），并且没有在任何特定方向上加速，则加速度计应显示为：

$$
a = \ left [\开始{array} {}
g_x \\
g_y \\
g_z
\ end {array} \ right]
$$

其中$ g_N $是沿每个轴的重力分量。如果无人机竖立且静止，并且加速度计的方向使得z轴指向上方，则加速度计将显示为：

$$
a = \ left [\ begin { array} {}
0 \\
0 \\
g
\ end {array} \ right]
$$

，如果无人机倾斜且没有加速，则重力矢量将出现在不与重力正交的轴上的部分中。

Madgwick过滤器（它的作用非常棒）利用此来确定加速度计的方向。对加速度计进行了归一化，每个轴上的加速度分量给出了方向。

给出方向，减去重力，剩下沿每个轴的加速度。将这些加速度进行两次积分，就可以得到位置。

如果在不与重力成一条直线的特定方向上加速，当然会出现问题，因为对加速度进行归一化将导致“重力”。向量”向运动轴倾斜。但是，通常可以通过将陀螺仪测量结果与方向估算值结合在一起来克服。

同样重要的是要记住，这些都是估算值。除非您具有位置测量或方向测量设备，否则您将永远无法获得测量结果。最好的办法是生成姿态估计，因为无法纠正任何累积的误差。

由于陀螺仪的漂移，陀螺仪的读数通常非常准确，作为短期方位估计值，而作为长期方位估计值则很差。加速度计的重力方向结果由于受传感器运动的影响，通常会导致短期方向测量结果较差，但长期测量结果却非常准确。

因此，在加速度计和陀螺仪之间，您应该能够获得非常好的定向估计值（我是否提到Madgwick过滤器真的很好？不要因为重新发明轮子而自杀；该过滤器是开源的！）。同样，一旦有了方向，就减去重力矢量，只剩下由设备运动引起的加速度。

加速度计也容易受到漂移的影响，因此在任何重要的时间段内，您都不会从加速度计获得任何高精度的位置估计值。

#3 楼

加速度计通过增加重力来测量运动加速度。因此，要使加速度测量为0，车辆将需要以$ g $向下加速。要从加速度测量中获得惯性加速度，只需在IMU静止时减去IMU测量的加速度即可。

因此，假设无人机的坐标系与惯性坐标系一致

\ begin {equation}
\ ddot r = z_ {acc} -g
\ end {equation}

其中$ \ ddot r $是无人机在惯性空间中的加速度，$ z_ {accel} $是由IMU测量的加速度矢量， $ g $是车辆相对于惯性系没有加速时经历的加速度矢量。

一旦车辆不再处于水平状态，而是几乎相同，就需要进行转换。