（25）(25.1) 光学流量传感器的测试和设置

文章目录

25.1.1 测试传感器

25.1.2 校准传感器

25.1.3 测距传感器检查

25.1.4 预解锁检查

25.1.5 首次飞行

25.1.6 第二次飞行

25.1.7 正常操作设置

25.1.8 视频示例（Copter-3.4）

25.1.9 空中校准

25.1.1 测试传感器

将传感器连接至自动驾驶仪后，使用 Mission Planner 连接至自动驾驶仪并打开"飞行数据"屏幕的"状态"选项卡。如果传感器正在运行，你将看到 opt_m_x、opt_m_y 和 opt_qua 值均不为零。

25.1.2 校准传感器

1. 连接自动驾驶仪，并将 LOG_DISARMED 设置为 1，确保启用加锁时的日志记录功能。

2. 找一个表面有纹理、光线充足（自然光或强烈的白炽灯）的地方。

3. 拆除螺旋桨（安全第一）。

4. 接通飞行器电源，将水平仪放在远离身体和眼睛的位置。

5. 在大约一秒钟的时间内，围绕横滚轴的飞行器旋转 -15 至 +15 度，然后再返回。重复 5 到 10 次。在旋转过程中，闭上一只眼睛，就能使传感器中心与背景保持静止。

6. 围绕飞行器俯仰轴重复。

7. 下载数据闪存日志，绘制 OF.flowX、OF.bodyX 和 IMU.GyrX 数据。它应该是这样的。

8. 如果 OF.flowX 大于或小于 OF.bodyX，则可以通过更改 FLOW_FXSCALER 参数来进行调整。

9. 如果 OF.bodyX 与 IMU.GyrX 不相关或符号相反，则可能是 FLOW_ORIENT_YAW 参数设置错误或流量传感器未朝向下方。

10. 绘制 OF.flowY、OF.bodyYband 和 IMU.GyrY 数据。它应该是这样的。

11. 如果 OF.flowY 大于或小于 OF.bodyY，则可以通过更改 FLOW_FYSCALER 参数进行调整。

12. 如果 OF.bodyY 与 IMU.GyrY 不相关或符号相反，则 FLOW_ORIENT_YAW 参数可能设置错误，或者流量传感器没有朝下。

25.1.3 测距传感器检查

检查流量传感器校准测试闪存日志中的 EKF5.meaRng 信息。检查以下内容：

1. 可进行连续量程测量。

2. 它在地面上输出的距离是预期值的 10cm（请记住，在车辆横滚或俯仰时，测得的距离会增加，因为激光是在斜面上测量的）。

25.1.4 预解锁检查

要允许在没有 GPS 的情况下在 Loiter 解锁和起飞，应关闭 GPS 解锁检查，如下图所示。取消选中"全部"和"GPS"，并选中所有其他选项。

由于启用光流时需要声纳/测距仪数据良好，因此需要执行额外的解锁前检查。

在飞行器加锁时，应将飞行器直升至至少 50cm 但不超过 2m 的高度（如果测距仪显示距离超过 2m，则需要重新启动自动驾驶仪）。

当解锁检查失败时，错误信息为"PreArm: check range finder（预解锁：检查测距仪）"。

可以通过取消选中"参数/声纳"解锁检查来禁用该检查。

25.1.5 首次飞行

1. 对于 EKF2，设置 EK2_GPS_TYPE = 0；对于 EKF3，设置 EK3_SRC1_VELXY = 0（我们不希望 EKF 在此阶段使用光流）。

2. 在 50cm至 3m 的高度范围内，以小倾角在 STABILIZE 或 AltHold 条件下悬停(旋翼)，或在 QSTABILIZE 或 QHOVER 条件下悬停(四旋固定翼)。

3. 下载闪存日志，并在 Mission Planner 中绘制以下内容。

4. EKF5.meaRng 应与飞行器高度变化相关联。

5. OF.flowX 和 OF.flowY 应该是变化的。

6. OF.bodyX 和 OF.bodyY 应与 IMU.GyrX 和 IMU.GyrY 一致。

25.1.6 第二次飞行

！Warning

要安全地完成这次飞行，飞行器周围至少需要 15m 的净空。如果光流速度估计不准确，你将几乎没有预警，飞行器可能会很快倾斜到最大倾斜角。

1. 对于 EKF2，设置 EK2_GPS_TYPE = 3；对于 EKF3，设置 EK3_SRC1_VELXY = 5 和 EK3_SRC1_POSXY  = 0，以使 EKF 忽略 GPS 并使用流量传感器。

2. 确保发射机上有可用的 Loiter 和悬停模式。

3. 在地面控制站地图上设置"EKF 原点"。在 Mission Planner 中单击右键，选择"在此设置Home点"，并选择设置"在此设置 EKF 原点"。

4. 在 Loiter 状态下起飞，将旋翼飞机/四翼飞机升至约 1m 的高度。

5. 如果飞行器开始加速离开或出现不稳定的俯仰或横滚运动，则切换到悬停和着陆。你需要下载日志文件并在论坛(the forums)上分享，以了解原因。

6. 如果它能保持位置不变，那么恭喜你，你成功了，现在可以开始尝试改变高度，并在 Loiter 模式下移动它了。

25.1.7 正常操作设置

For EKF2：

1. 验证 EK2_ENABLE = 1，启用 EKF2。

2. 根据光学流量传感器设置 EK2_FLOW_DELAY。

3. 要只使用光流量传感器而不使用 GPS，请将 EK2_GPS_TYPE 设置为 3；要与光流量传感器一起使用 GPS，请将其设置为 0。

For EKF3：

！Note

ArduPilot 固件 4.1 及更高版本默认启用并使用 EKF3。

1. 验证 EK3_ENABLE = 1，启用 EKF3。

2. 设置 AHRS_EKF_TYPE = 3 以使用 EKF3。

3. 设置 EK3_SRC_OPTIONS = 0 可禁用 FuseAllVelocities。

4. 根据光学流量传感器设置 EK3_FLOW_DELAY。

5. 设置 EK3_SRC1_POSXY = 3（来自 GPS 的主水平位置，设置为 0 时只使用光流量传感器）。

6. 设置 EK3_SRC1_VELXY = 5（来自 OpticalFlow 的主要水平速度）。

7. 设置 EK3_SRC1_POSZ = 1（来自气压计的主垂直位置）。

8. 设置 EK3_SRC1_VELZ = 0（无主垂直速度传感器）。

9. 设置 EK3_SRC1_YAW = 1（来自罗盘的主偏航/航向）。

  • 此外，GPS 还可以使用 EKF 光源切换功能与 OpticalFlow 协同工作。
  • 有关 EKF 信号源切换的信息，请参阅 GPS / Non-GPS Transitions。

！Note

当旋翼飞机启用了光流传感器（以及测距仪）并将其指定为唯一的水平位置源（例如，`EK3_SRCx_VELXY``=OpticalFlow 和`EK3_SRCx_POSXY``=None），且飞行器以需要位置估计的飞行员控制模式飞行（即 Loiter 或 PosHold）时，飞行器将不会爬升到测距仪在 `RNGFNDx_MAX_CM 中指定的最大高度之上。这是一种安全机制，否则当飞行器飞出测距仪范围时就会触发 EKF 故障安全。

25.1.8 视频示例（Copter-3.4）

25.1.9 空中校准

Copter-4.2.0 包含飞行校准程序：

1. 设置 RCx_OPTION = 158（光流校准）以允许从辅助开关(auxiliary switch)启动校准。

2. 将 EKF3 设置为使用 GPS（默认值）。

  • EK3_SRC1_POSXY = 3 (GPS)
  • EK3_SRC1_POSZ = 1 (Baro)
  • EK3_SRC1_VELXY = 3 (GPS)
  • EK3_SRC1_VELZ = 3 (GPS)
  • EK3_SRC1_YAW = 1 (Compass)
  • EK3_SRC_OPTIONS = 0 (Disable FuseAllVelocities)

3. 在 Loiter 模式下将飞行器飞行至少 10m（越高越好，但要在测距仪的限制范围内）。

4. 将辅助开关拉高以启动校准。

5. 使用横滚杆和俯仰杆来回摇摆飞行器的横滚和俯仰方向。

6. 检查 GCS "信息"选项卡是否有如下确认校准完成的输出结果。

FlowCal: Started

FlowCal: x:0% y:0%

FlowCal: x:66% y:6%

FlowCal: x:100% y:74%

FlowCal: samples collected

FlowCal: scalarx:0.976 fit: 0.10   <-- lower "fit" values are better

FlowCal: scalary:0.858 fit: 0.04

FlowCal: FLOW_FXSCALER=30.00000, FLOW_FYSCALER=171.0000

7. 降落飞行器并设置 EKF3 以使用 OpticalFlow。

  • EK3_SRC1_POSXY = 0 (None)
  • EK3_SRC1_VELXY = 5 (Optical Flow)
  • EK3_SRC1_POSZ = 1 (Baro)
  • EK3_SRC1_VELZ = 0 (None)
  • EK3_SRC1_YAW = 1 (Compass)
  • EK3_SRC_OPTIONS = 0 (Disable FuseAllVelocities)

8. 再次试飞飞行器以检查性能。

另一种方法可以避免在校准和测试之间降落和更改 EKF3 参数，即设置 GPS/Non-GPS 转换(GPS/Non-GPS transitions)，以便飞行员在飞行中手动在 GPS 和光流之间切换。假设飞行员使用遥控输入 8（2 位开关）启动校准，并使用遥控输入 9（3 位开关）在 GPS 和光流之间切换，则完整的参数列表如下：

  • RC8_OPTION = 158 (Optflow Calibration)
  • RC9_OPTION = 90 (EKF Pos Source) low is GPS, middle is OpticalFlow, high is unused
  • EK3_SRC1_POSXY = 3 (GPS)
  • EK3_SRC1_POSZ = 1 (Baro)
  • EK3_SRC1_VELXY = 3 (GPS)
  • EK3_SRC1_VELZ = 3 (GPS)
  • EK3_SRC1_YAW = 1 (Compass)
  • EK3_SRC2_POSXY = 0 (None)
  • EK3_SRC2_VELXY = 5 (Optical Flow)
  • EK3_SRC2_POSZ = 1 (Baro)
  • EK3_SRC2_VELZ = 0 (None)
  • EK3_SRC2_YAW = 1 (Compass)
  • EK3_SRC_OPTIONS = 0 (Disable FuseAllVelocities)

！Note

要使用飞行校准，必须启用 EKF3。这是 ArduPilot 4.1 及更高版本的默认设置。

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