从硬件到固件：无人机传感器校准实战 · 课程目录

传感器校准概述

为什么无人机需要校准？常见传感器（IMU、磁力计、气压计、GPS）的作用与误差来源。

硬件准备与连接

飞控板（Pixhawk/ArduPilot）接口定义、传感器焊接与接线、供电与通信协议（I2C/SPI/UART）。

IMU原理与误差模型

加速度计与陀螺仪工作原理、零偏、标度因数、交叉耦合、Allan方差噪声模型。

加速度计校准（六面法）

六面法数学原理、数据采集、最小二乘法拟合参数、验证校准效果。

陀螺仪校准（静止法）

静止数据采集、零偏计算、温漂补偿策略、项目中的温漂坑。

磁力计校准（椭球拟合）

硬铁与软铁干扰、椭球拟合算法（最小二乘）、现场校准流程、地磁异常判断。

气压计校准

气压计原理（MS5611/BMP280）、静态/动态校准、温度补偿、融合GPS高度锁定。

GPS校准与配置

GPS类型（Ublox M8N/F9P）、坐标系转换（WGS84/ENU）、卫星颗数与HDOP、双天线航向校准。

传感器融合基础

卡尔曼滤波入门、EKF与互补滤波对比、协方差矩阵调参经验、一次炸机教训。

飞控固件编译与烧录

ArduPilot/PX4源码下载、环境搭建（WSL/Ubuntu）、编译命令、QGC/Mission Planner烧录。

参数调参与日志分析

关键参数（INS_ACC*、INS_GYRO*、COMPASS_*）、binlog分析、Plotting工具。

加速度计现场校准实战

Mission Planner Accel Calibration、六面放置技巧、校准失败排查。

磁力计现场校准实战

QGC Compass Calibration、旋转模式（8字/三维旋转）、干扰源排查。

水平与垂直校准

水平校准（Level Horizon）、垂直校准（Compass Orientation）、机架方向设置。

传感器温度测试

温箱环境搭建、温度斜坡测试、补偿系数计算、写入固件参数。

振动分析与减震

振动对IMU影响、频谱分析（FFT）、减震材料选择、安装位置优化。

多传感器冗余管理

IMU冗余（主/备切换）、传感器健康状态监测、故障注入测试。

EKF参数调优

EKF3参数详解（EKF3_MAG_CAL、EKF3_GSF_RUN）、动态测试验证、调优前后对比。

室外飞行验证

悬停测试、航线飞行、姿态跟踪精度、日志回放分析。

传感器故障诊断

常见故障现象（漂移、跳变、饱和）、日志特征、硬件排查流程。

Allan方差分析工具、IMU内参标定（Kalibr）、多传感器外参标定。

视觉/激光雷达与IMU联合标定

相机-IMU外参标定（Kalibr）、LiDAR-IMU标定、时间同步（硬件/软件）。

RTK原理、基站与移动站设置、初始化时间优化、固定解与浮点解判断。

光流传感器校准

光流原理（PMW3901）、与超声波/激光测距融合、室内定位校准。

空速计校准

皮托管原理、差压传感器校准、空速与地速关系、校准飞行流程。

传感器数据预处理

低通滤波（IIR/FIR）、滑动平均、异常值剔除（3σ准则）、时间戳对齐。

固件中校准代码解析

ArduPilot AP_InertialSensor代码结构、校准状态机、参数存储与加载。

自动化校准脚本编写

Python脚本控制飞控、自动采集数据、调用算法库（SciPy）、生成报告。

校准质量评估

残差分析、重复性测试、交叉验证、校准报告模板。

综合实战：从零校准一架无人机

完整流程串联、常见问题汇总、交付检查清单。