风速估计与气压计补偿

ArduPilot的EKF（扩展卡尔曼滤波器）可以在无需空速传感器的情况下估计多旋翼飞行器所处环境的风速。这对飞行员来说是有用信息，也可用于补偿与风相关的气压计干扰。当自动驾驶仪暴露在开放空气中时，这种干扰可能发生，并可能导致飞行器爬升或下降数米，尤其是在从快速前飞减速之后。
【视频】带风力估计的无人机惯性导航

计算机体阻力系数

1. 称量包含电池的飞行器重量，单位为千克（kg）。
2. 使用以下方法之一测量飞行器的正面和侧面面积，单位为平方米（m²）：
   • 从几米外拍摄飞行器的两张照片（一张正面，一张侧面）。
   • 使用以下在线工具之一测量照片中飞行器表面的面积（cm²）：
     • 使用此免费在线工具在图像上叠加网格。缩放网格方块的大小以匹配飞行器的已知宽度或长度（cm）。计算包含飞行器部分（不包括螺旋桨叶片）的方块总数，即为面积（cm²）。
       
     • SketchAndCalc提供免费试用（仅1小时），可以相对容易地缩放并测量在飞行器上绘制的多边形面积（cm²）。
       
3. 将面积除以10,000，从cm²转换为m²。
4. 更新阻力系数参数：
   • EK3_DRAG_BCOEF_X = 质量(kg) / 正面面积(m²)
   • EK3_DRAG_BCOEF_Y = 质量(kg) / 侧面面积(m²)

对于上图中所示的IRIS无人机：

• 重量：1.45公斤
• 正面面积：203 cm² = 0.0203 m²
• 侧面面积：217 cm² = 0.0217 m²
• EK3_DRAG_BCOEF_X = 1.45kg / 0.0203 m² = 71.4
• EK3_DRAG_BCOEF_Y = 1.45kg / 0.0217 m² = 66.8

计算螺旋桨阻力系数

EK3_DRAG_MCOEF 参数的值应按照视频中描述的方式，在执行飞行测试后计算。

1. 在低风条件下，于开阔空间飞行。
2. 在留待(loiter)模式下解锁并起飞（这确保EKF有良好的位置估计），然后飞至测试区域中央。
3. 切换到定高(AltHold)模式，让飞行器顺风漂移，以确定风向和风速。
4. 偏航飞行器使机头迎风，并施加满量程前倾俯仰，直到飞行器逆风加速完成。
5. 释放俯仰摇杆，让飞行器减速，然后漂回起始线。
6. 将飞行器重新定位到合适位置。
7. 将飞行器偏航90度（例如顺时针）面向风，施加满量程左横滚摇杆，直到四轴飞行器完成加速。释放摇杆，让飞行器再次减速并顺风漂回起始线。
8. 将飞行器重新定位到合适位置。
9. 重复步骤8，但飞行器机尾迎风（飞行员应向后拉俯仰摇杆以逆风加速）。
10. 重复步骤8，但飞行器右侧迎风（飞行员应施加满量程右横滚以逆风加速）。
11. 按照视频描述下载机载日志进行分析。
12. EK3_DRAG_MCOEF 的最终值通常在0.1到1.0之间。

实时查看风速和风向

启用后，估计的风速会通过WIND mavlink消息实时发送到地面站。如果使用Mission Planner，在“数据(Data)”页面，选择“快速(Quick)”选项卡，双击显示的任何数字，然后选择“wind_dir”或“wind_vel”。

查看机载日志中记录的风速

EKF的风速估计值记录在机载日志的XKF2消息的VWN和VWE字段中。

气压计位置误差补偿

启用风速估计后，它可用于补偿风对每个气压计在四个方向（前、后、左、右）上的影响。计算每个参数值的方法在视频中讨论。

1. 执行一次测试飞行。
2. 驾驶飞行器分别以机头迎风、机尾迎风、右侧迎风和左侧迎风飞行。
3. 降落并下载机载日志。
4. 计算每个方向的位置误差系数：
   • 使用在线计算器计算空气密度（kg/m³）。
   • 计算静压误差（Pa）= -高度 * 重力加速度 * 空气密度。
   • 计算动压 = 0.5 * 空气密度 * 空速²。
   • 位置误差系数 = 静压误差 / 动压。该值应在 -1 到 +1 之间。
5. 启用补偿并将计算出的位置误差系数复制到相应的参数中。以下是第一个气压计的参数：
   • 设置 BARO1_WCF_ENABLE = 1 以启用，然后重新启动自动驾驶仪。
   • BARO1_WCF_FWD: 正X方向（向前）的压力误差系数
   • BARO1_WCF_BCK: 负X方向（向后）的压力误差系数
   • BARO1_WCF_RGT: 正Y方向（向右）的压力误差系数
   • BARO1_WCF_LFT: 负Y方向（向左）的压力误差系数
   • BARO1_WCF_UP: 正Z方向（爬升）的压力误差系数
   • BARO1_WCF_DN: 负Z方向（下降）的压力误差系数

其机制和设置方法如下视频所述：
【视频】多旋翼飞行器中的风速估算——Dr Paul Riseborough

参考链接：https://ardupilot.org/copter/docs/airspeed-estimation.html