Pixhawk V6X 飞控实测

mengli1007

本文的数据对比以 ArduPilot 通用嵌入式平台软件为基础。参与对比的硬件是雷迅 Pixhawk V6X 和上一代 STM32F4 核芯的硬件平台（例如 Pixhawk1、Pixhawk2.1）。

性能对比的基础有二：


其一，ArduPilot 嵌入式软件跨 STM32 平台的特性。在不同的 STM32 平台上采用相同的 RTOS、相同的 C++ 接口封装、相同的调度策略。

其二，Sugar 用于对比的两架飞机，除电控系统外硬件无差别，且飞机足够大（内部电控系统的重量对飞机的影响可忽略）。

处理器

注问题

Pixhawk V6X 采用 STM32H753IIK6 双精度浮点运算单元处理器究竟能给飞控软件运行带来怎样的提升？

背景知识

飞控的实时日志里有微秒级时间戳，在日志里统一命名为 TimeUS。通过时间戳能够计算出各个任务的 调度频率，从而了解各任务调度的 稳定度 和 实时度。

数据表现

一、低频任务





右侧窄图是通过时间戳换算出的频率，纵轴单位是 Hz。评价如下：

稳定度：Pixhawk V6X 的稳定度明显优于 STM32F4 系列飞控。


10Hz 的数据收敛度更高，5Hz 的数据分散相对不频繁。

Pixhawk V6X 10Hz 数据全程无降频，STM32F4 系列飞控偶尔会发生降频（甚至低于 5Hz）。


实时度：Pixhawk V6X 与 STM32F4 系列飞控都可以保证大多数的调度频率符合设计要求。

二、中频任务

稳定度：Pixhawk V6X 的稳定度明显优于 STM32F4 系列飞控。

实时度：Pixhawk V6X 全程的调度频率符合设计要求，STM32F4 系列有相当一部分数据与设计要求差距很大。

Sugar 这些数据来源于 VTOL 的固定翼飞行过程，固定翼部分最高设计频率是 50Hz。多旋翼部分的最高设计频率是 400Hz，对多旋翼数据感兴趣的读者可以按 Sugar 提的这两点标准自行测试。

IMU

多重冗余

关注问题

多重冗余与保障飞行安全有什么关系？

背景知识

冗余的最大意义莫过于：在一组 IMU 发生故障时有其它备份可用。基于此点，IMU 数据的一致性就非常重要。如果各组 IMU 的一致性不好，那么切换动作的波动就会比较大，甚至由于滤波算法的整参数不同而不可预测。

若想要冗余对保障飞行安全有益，则需要对各个备份的数据一致性提出要求。

数据表现

一、Pixhawk V6X





依上 IMU0 和 IMU1 数据计算出的姿态角如下：



Pitch 角的解算结果对比反映了 IMU0 和 IMU1 数据一致性是否可接受（在滤波参数一致的情况下）。

从 Pixhawk V6X 的解算结果看，IMU0 和 IMU1 的数据一致性表现非常不错。

通过 EK3_IMU_MASK 可以启用基于第 3 组 IMU 的姿态解算，通过 EK3_PRIMARY 可以指定姿态较好的一组解算结果作为默认优先使用的一组结果。

这里 Sugar 没有开启第 3 组姿态解算，就没有 IMU2 的解算数据，感兴趣的读者可以自行开启测试。

二、STM32F4 系列





对于 STM32F4 系列硬件，虽然看上去 IMU0 和 IMU1 的数据一致性还说得过去，但是在同样的滤波参数下 Pitch 角的解算结果差异比较大。如果想要达到预想的备份效果则需要对两组 EKF 滤波分别调参，这无疑增大了工作量，算不上是好的备份。
减震

关注问题

能否通过一个数据指标评价各组 IMU 肉眼难以直观判断的震动情况？

背景知识

飞控软件里内置了一套实时的类方差算法，以 25Hz 频率运行，为各组 IMU 各轴的实时震动（离散程度）提供判断依据。但 STM32F4 系列因受内存大小限制，软件里只打开了一组计算，而 Pixhawk V6X 内存充足，打开了 3 组计算。

数据表现

磁罗盘

关注问题

内置罗盘与外置罗盘数据表现是否一致？

背景知识

接入飞控系统的罗盘有“内置”和“外置”之分。外置罗盘通常与 GPS 在一起，安装在飞机外，与飞控不在一起。内置罗盘与飞控在一起。

因为安装位置的差异，所以外置罗盘容易规避 EMC 问题。而内置罗盘因为与飞控一体，就要面对 EMC 问题。

数据表现

一、Pixhawk V6X



二、STM32F4 系列



明显 Pixhawk V6X 数据表现一致性更好，甚至内置罗盘（MAG2) 的数据相对于外置罗盘还更平滑一些。

Sugar 猜测这与 Pixhawk 2.1 开始的 Cube 与底板分离的设计有关，因此也不能肯定 STM32F4 系列就一定都不好。但 Sugar 手里没有 Pixhawk 2.1 硬件，因此没法去证实猜测。

双 GPS

关注问题

定位精度是否足够好？

背景知识

UBlox F9P 支持差分定位。差分的使用方式有两种：一种是“地面端+飞机端”，另一种是都放在飞机上配置为“Base+Rover”。最明显能反映定位精度的是 GPS 的高度信息，如果不是差分，一个航线下来 GPS 高度与气压高度对比会有明显的差异变化。

数据表现

Sugar 的配置是“Base+Rover”的方式，全航线下来 GPS高程变化与气压计高度变化一致，通过差值还能得知 Sugar 所在位置的 GPS 高程在 130m 左右。

最后给 Pixhawk V6X 这个 MicroSD 卡稍凸出一点的设计和加工装配精度一个好评，对于 Sugar 这样经常拔插卡读日志的人非常友好，用手上的肉一按就可以，不用像其他飞控一样要用指甲扣。



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