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【干货】聊聊飞控的起飞落地检测(pixhawk落地检测代码分析)

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发表于 2022-12-5 17:22:55 | 显示全部楼层 |阅读模式
文 / across

【作者简介】

不懂算法、不懂编程的飞控算法工程师
略懂飞行控制
略懂开源px4飞控

对于开发一款飞控而言,起飞和落地的检测是必不可少的,甚至占有举足轻重的地位。比如,飞控内部起飞前控制器的一些初始化设置,落地及时自动加锁等功能都必须要基于这个功能,如果出现判定不准确或者误判的情况,会导致炸鸡的风险。

那如何检测起飞与落地呢?

答案自然是根据飞控内部的传感器数据进行判定,一般而言,大多使用的传感器包含陀螺仪、加速度计、GPS等信息,那如何融合这部分数据,就是算法工程师需要解决的问题了。

检测算法基本上每家飞控都不一样,不过目的则是一致的。

以pixhawk的原生PX4固件为例,代码位置在src\modules\land_detector\MulticopterLandDetector.cpp

PX4代码的落地检测主要包含4个条件,分别是位置估计的水平速度、垂直速度、角速度和油门方向的控制量,不包含起飞检测,起飞就是在land状态进行取反,其中还根据油门杆,解锁等进行顺序判定。

大致的判定顺序如下:

1、 判定是否已经解锁,加锁状态下,不进行后续条件的判定,认为是land状态;

2、 姿态模式下,看油门杆量,如有打杆操作,则认为起飞,不是land,如果在空中,油门杆满足条件,也不影响;

3、 如果GPS数据丢失时间过长,或者位置估计没有有效值,就判定油门控制量是否已经长时间满足,满足的话,也认为是land;

4、 4个条件进行综合判定,另外该函数也有一个触发时间,默认2s,能消除数据突变造成的误判影响;

程序注解:

1、记录当前时间;

2、设置最小油门控制量参数,并进行油门控制量的判定;

【干货】聊聊飞控的起飞落地检测(pixhawk落地检测代码分析)w2.jpg

3、记录最小油门满足的时间,后续会用到;

【干货】聊聊飞控的起飞落地检测(pixhawk落地检测代码分析)w3.jpg

4、判定是否已经解锁,如果还没解锁,则直接返回true,不进行后面的判定,同时,记录解锁的时间,后续会用到;

【干货】聊聊飞控的起飞落地检测(pixhawk落地检测代码分析)w4.jpg

5、如果是手动模式下,则只判定油门杆,大于一定阈值,就认为起飞了,返回false;

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6、判定GPS是否丢包或者位置估计数据是否有效,如果不正常,就只判定油门控制量条件,前面记录的油门控制量满足的时间,如果超过8s,也认为已经落地;

【干货】聊聊飞控的起飞落地检测(pixhawk落地检测代码分析)w6.jpg

7、设置阈值因子,解锁2s内偏向认为未起飞,解锁后由于电机转动,可能会使数据进行突变造成误判;

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8、根据位置估计的三个轴向的速度进行垂直和水平的移动判定;

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9、根据角速度进行旋转运动判定;

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10、4个条件的综合判定,有一个满足,则认为是起飞,需要都满足,才能认为是落地状态;

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关于pixhawk的落地检测算法的思考

优点:个人认为好处就是不会误判,这极大的保证了安全性;

为什么不会误判?

笔者认为有两点:

1、 油门控制量条件相对比较苛刻,阈值是0.15,一般满足该条件下,飞机已经不足以支撑悬停飞行了;

2、 有触发时间保障,短时间的数据突变造成误判会被消除;

缺点:

这套算法的缺点就有很多了,归纳起来有以下:

1、 将起飞与落地检测揉和在一起,起飞检测太笼统,没有分步进行,而对于飞控不同模式下的控制器初始化,这个是很有必要的。比如px4固件不支持定点模式起飞也与这个有关系;

2、 落地检测机制太保守,比如油门控制量需要小于0.15,虽然增加了安全性,但导致落地自动加锁太慢,容易造成地面的翻机;

3、 用到了位置估计的数据,因此位置估计的精度就很大程度影响了这个判定的准确性,而事实上,px4固件的落地检测算法检测准确性确实不高。

掌握了该套算法的优缺点,基本上各位可以根据自己的需求进行适当的改进,比如起飞如何改动,追求落地秒加的又如何去改,总结起来,就是用好各个数据,包括陀螺仪、加速度计、GPS、飞控的控制量、油门杆量、解锁状态以及时间,这里笔者就不细致描述了。提供两个思路:

1、 将起飞与落地检测进行分离;

2、 加入加速度数据进行撞击检测,实现落地秒加。

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