无人机姿态解算算法 · 从原理到移植
📚 共计 30 章节
01
姿态解算概述
什么是姿态解算、为什么需要姿态解算、姿态解算的应用场景（无人机、机器人、VR/AR）
概念
应用
02
坐标系基础
地理坐标系（NED/ENU）、机体坐标系、坐标系之间的转换关系
NED
ENU
转换
03
欧拉角
俯仰角（Pitch）、横滚角（Roll）、偏航角（Yaw）、万向锁问题
Pitch
Roll
Yaw
04
旋转矩阵
二维旋转矩阵、三维旋转矩阵、旋转矩阵的性质（正交性、行列式为1）
矩阵
正交
05
四元数基础
四元数的定义、四元数的运算（加法、乘法、共轭、模）、四元数与旋转的关系
四元数
旋转
06
四元数与欧拉角转换
四元数转欧拉角、欧拉角转四元数、转换中的注意事项
转换
万向锁
07
陀螺仪原理
MEMS陀螺仪工作原理、陀螺仪测量模型、陀螺仪误差分析（零偏、噪声、温漂）
MEMS
误差
08
加速度计原理
MEMS加速度计工作原理、加速度计测量模型、加速度计误差分析
加速度
校准
09
磁力计原理
磁力计工作原理、地磁场模型、磁力计误差分析（硬铁、软铁干扰）
地磁
硬铁
软铁
10
传感器数据预处理
低通滤波、高通滤波、滑动平均滤波、卡尔曼滤波基础
滤波
预处理
11
IMU预积分
角速度积分、加速度积分、预积分在SLAM中的应用
IMU
SLAM
12
姿态解算的数学基础
微分方程、龙格-库塔法（RK4）、数值稳定性
RK4
数值
13
互补滤波原理
互补滤波的数学推导、一阶互补滤波、二阶互补滤波
互补
一阶
二阶
14
Mahony滤波算法
Mahony滤波原理、PI控制器设计、算法实现步骤
Mahony
PI
15
Madgwick滤波算法
Madgwick滤波原理、梯度下降法、算法实现步骤
Madgwick
梯度
16
扩展卡尔曼滤波（EKF）
EKF原理、状态方程与观测方程、EKF在姿态解算中的应用
EKF
状态估计
17
无迹卡尔曼滤波（UKF）
UKF原理、Sigma点选取、UKF与EKF的对比
UKF
Sigma
18
姿态解算的初始化
静止初始化、动态初始化、磁力计辅助初始化
初始化
磁力计
19
传感器融合策略
松耦合与紧耦合、不同传感器的权重分配、自适应融合
松耦合
紧耦合
20
姿态解算的误差补偿
陀螺仪零偏补偿、加速度计校准、磁力计校准
零偏
校准
21
姿态解算的实时性优化
算法复杂度分析、定点数运算、查表法优化
优化
定点
查表
22
姿态解算的仿真验证
MATLAB/Simulink仿真、Python仿真、数据回放
仿真
MATLAB
Python
23
姿态解算的硬件平台
STM32、ESP32、FPGA、ARM Cortex-M系列
STM32
ESP32
FPGA
24
传感器驱动开发
I2C/SPI通信、传感器寄存器配置、数据读取与解析
I2C
SPI
驱动
25
姿态解算算法移植
从MATLAB到C语言、数据结构设计、内存管理
移植
C语言
26
姿态解算的调试工具
串口助手、上位机软件、数据可视化（PlotJuggler）
调试
可视化
27
姿态解算的测试方法
静态测试、动态测试、转台测试、实际飞行测试
测试
转台
28
姿态解算的常见问题
数据跳变、漂移、延迟、异常值处理
跳变
漂移
延迟
29
姿态解算的进阶话题
视觉惯性里程计（VIO）、多传感器融合、深度学习姿态估计
VIO
深度学习
30
姿态解算项目实战
四轴飞行器姿态解算系统设计、代码实现、调试与优化
四轴
实战
优化