EKF3 传感器匹配与车道切换

EKF概述

扩展卡尔曼滤波器（EKF）会启动多个滤波器实例，这些实例被称为EKF车道(Lane)（Lanes）。其中主车道(Lane)负责输出飞行器姿态、位置等状态估算数据，其余车道(Lane)在后台同步运算，可随时切换为主车道(Lane)使用。 默认情况下，所有车道(Lane)都会调用主传感器（气压计、GPS、罗盘）采集数据。用户可通过参数设定主传感器；若传感器驱动层出现故障，系统能在飞行过程中自动更换传感器源。

EKF车道(Lane)设置

系统启用的车道(Lane)数量，与当前已启用的惯性测量单元（IMU）数量完全一致。

  • 为了更小的CPU负载，EK3_IMU_MASK默认为3，两组IMU作为参与姿态解算，IMU3作为冗余；对于三组IMU的控制器，您也可以将EK3_IMU_MASK设为7；启用EKF车道(Lane)3。

传感器匹配配置示例

传感器匹配（Affinity）功能仅适用于 EKF3，如果EKF运行失败，请检查以下配置：

  • EK3_ENABLE：设置为 1，启用 EKF3 算法；
  • AHRS_EKF_TYPE：设置为 3，指定姿态航向参考系统（AHRS）使用 EKF3

以下为硬件配置示例：飞行器搭载2个气压计、2个GPS、2个空速计、3个罗盘、3个IMU，默认对应的车道(Lane)-传感器绑定关系如下表（表格内数字代表传感器编号）：

传感器类型 车道(Lane) 1 车道(Lane) 2 车道(Lane) 3
空速计（AIRSPEED） 1号 2号 1号
气压计（BAROMETER） 1号 2号 1号
GPS 1号 2号 1号
罗盘（MAGNETOMETER） 1号 2号 3号

EKF数据源选择与设置

除传感器匹配外，也可通过 EK3_SRCn_xxx 系列参数，为不同 EKF 车道(Lane)指定传感器类型。以 EKF3 主数据源为例，相关参数如下：

参数名 功能说明 取值说明
EK3_SRC1_POSXY 水平位置数据源 0：无
3：GPS
4:信标
6：外部导航
EK3_SRC1_VELXY 水平速度数据源 0：无
3：GPS
5：光流传感器
6：外部导航
7：车轮编码器
EK3_SRC1_POSZ 垂直位置数据源 0：无
1：气压计
2：测距仪
3：GPS
4：信标
5：外部导航
EK3_SRC1_VELZ 垂直速度数据源 0：无
1：气压计
2：GPS
3：外部导航
EK3_SRC1_YAW 偏航角数据源 0：无
1：磁力计罗盘
2：GPS
3：GPS失效时回退至Compass

EKF切换测试

ArduPilot提供三组EKF位置与速度源参数，默认使用第一组(EK3_SRC1组)。

如果您想进行惯性导航(GPS/无GPS导航)等测试验证时

  • 可以通过地面站或者机载计算机发MAV_CMD_SET_EKF_SOURCE_SET mavlink 命令来设置源。
  • 也可通过遥控器辅助通道开关切换的数据源组（例如，将 RCx_OPTION 参数设为 90 /EKF数据源组）

示例配置1

使用双天线定向数据代替磁罗盘，解决罗盘干扰或实现免罗盘校准。

  • EK3_SRC1_YAW 设置为2 (使用GPS航向数据)

示例配置2

使用高精度RTK高程数据，替代气压计，提升高度稳定性。

EK3_SRC1_POSZ设置为3（使用GPS高程数据）

示例配置3

可将3D相机设为外部位置和速度数据源：

EK3_SRC1_POSXY = 6（外部导航 XY 轴位置） EK3_SRC1_VELXY = 6（外部导航 XY 轴速度）（假设相机支持输出速度数据） 将光流设为第二组数据源：

EK3_SRC2_POSXY = 0（无，使用光流时位置为相对位置） EK3_SRC2_VELXY = 5（光流 XY 轴速度） 之后可通过遥控器辅助通道开关在两组数据源间切换。

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