雷迅Pixhawk V6X飛控實(shí)測(cè)

本文的數(shù)據(jù)對(duì)比以ArduPilot通用嵌入式平臺(tái)軟件為基礎(chǔ)。參與對(duì)比的硬件是雷迅 Pixhawk V6X和上一代 STM32F4核芯的硬件平臺(tái)（例如Pixhawk1、Pixhawk2.1）。

性能對(duì)比的基礎(chǔ)有二：

其一，ArduPilot嵌入式軟件跨STM32平臺(tái)的特性。在不同的STM32平臺(tái)上采用相同的RTOS、相同的 C++ 接口封裝、相同的調(diào)度策略。

其二，Sugar用于對(duì)比的兩架飛機(jī)，除電控系統(tǒng)外硬件無(wú)差別，且飛機(jī)足夠大（內(nèi)部電控系統(tǒng)的重量對(duì)飛機(jī)的影響可忽略）。

處理器

關(guān)注問(wèn)題

Pixhawk V6X采用STM32H753IIK6雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算單元處理器究竟能給飛控軟件運(yùn)行帶來(lái)怎樣的提升？

背景知識(shí)

飛控的實(shí)時(shí)日志里有微秒級(jí)時(shí)間戳，在日志里統(tǒng)一命名為TimeUS。通過(guò)時(shí)間戳能夠計(jì)算出各個(gè)任務(wù)的調(diào)度頻率，從而了解各任務(wù)調(diào)度的穩(wěn)定度和實(shí)時(shí)度。

數(shù)據(jù)表現(xiàn)

一、低頻任務(wù)

右側(cè)窄圖是通過(guò)時(shí)間戳換算出的頻率，縱軸單位是Hz。評(píng)價(jià)如下：

穩(wěn)定度：Pixhawk V6X 的穩(wěn)定度明顯優(yōu)于 STM32F4系列飛控。

10Hz的數(shù)據(jù)收斂度更高，5Hz的數(shù)據(jù)分散相對(duì)不頻繁。

Pixhawk V6X 10Hz數(shù)據(jù)全程無(wú)降頻，STM32F4系列飛控偶爾會(huì)發(fā)生降頻（甚至低于5Hz）。

實(shí)時(shí)度：Pixhawk V6X與STM32F4系列飛控都可以保證大多數(shù)的調(diào)度頻率符合設(shè)計(jì)要求。

二、中頻任務(wù)

穩(wěn)定度：Pixhawk V6X的穩(wěn)定度明顯優(yōu)于STM32F4系列飛控。

實(shí)時(shí)度：Pixhawk V6X全程的調(diào)度頻率符合設(shè)計(jì)要求，STM32F4系列有相當(dāng)一部分?jǐn)?shù)據(jù)與設(shè)計(jì)要求差距很大。

Sugar這些數(shù)據(jù)來(lái)源于VTOL的固定翼飛行過(guò)程，固定翼部分最高設(shè)計(jì)頻率是50Hz。多旋翼部分的最高設(shè)計(jì)頻率是400Hz，對(duì)多旋翼數(shù)據(jù)感興趣的讀者可以按Sugar提的這兩點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)自行測(cè)試。

IMU

多重冗余

關(guān)注問(wèn)題

多重冗余與保障飛行安全有什么關(guān)系？

背景知識(shí)

冗余的最大意義莫過(guò)于：在一組 IMU 發(fā)生故障時(shí)有其它備份可用?；诖它c(diǎn)，IMU 數(shù)據(jù)的一致性就非常重要。如果各組 IMU 的一致性不好，那么切換動(dòng)作的波動(dòng)就會(huì)比較大，甚至由于濾波算法的整參數(shù)不同而不可預(yù)測(cè)。

若想要冗余對(duì)保障飛行安全有益，則需要對(duì)各個(gè)備份的數(shù)據(jù)一致性提出要求。

數(shù)據(jù)表現(xiàn)

一、Pixhawk V6X

依上 IMU0 和 IMU1 數(shù)據(jù)計(jì)算出的姿態(tài)角如下：

Pitch 角的解算結(jié)果對(duì)比反映了 IMU0 和 IMU1 數(shù)據(jù)一致性是否可接受（在濾波參數(shù)一致的情況下）。

從 Pixhawk V6X 的解算結(jié)果看，IMU0 和 IMU1 的數(shù)據(jù)一致性表現(xiàn)非常不錯(cuò)。

通過(guò)EK3_IMU_MASK可以啟用基于第 3 組 IMU 的姿態(tài)解算，通過(guò)EK3_PRIMARY可以指定姿態(tài)較好的一組解算結(jié)果作為默認(rèn)優(yōu)先使用的一組結(jié)果。

這里 Sugar 沒(méi)有開(kāi)啟第 3 組姿態(tài)解算，就沒(méi)有 IMU2 的解算數(shù)據(jù)，感興趣的讀者可以自行開(kāi)啟測(cè)試。

二、STM32F4 系列

對(duì)于STM32F4系列硬件，雖然看上去 IMU0 和 IMU1 的數(shù)據(jù)一致性還說(shuō)得過(guò)去，但是在同樣的濾波參數(shù)下 Pitch角的解算結(jié)果差異比較大。如果想要達(dá)到預(yù)想的備份效果則需要對(duì)兩組EKF濾波分別調(diào)參，這無(wú)疑增大了工作量，算不上是好的備份。

減震

關(guān)注問(wèn)題

能否通過(guò)一個(gè)數(shù)據(jù)指標(biāo)評(píng)價(jià)各組IMU肉眼難以直觀判斷的震動(dòng)情況？

背景知識(shí)

飛控軟件里內(nèi)置了一套實(shí)時(shí)的類方差算法，以25Hz頻率運(yùn)行，為各組IMU各軸的實(shí)時(shí)震動(dòng)（離散程度）提供判斷依據(jù)。但STM32F4系列因受內(nèi)存大小限制，軟件里只打開(kāi)了一組計(jì)算，而Pixhawk V6X內(nèi)存充足，打開(kāi)了3組計(jì)算。

數(shù)據(jù)表現(xiàn)

磁羅盤(pán)

關(guān)注問(wèn)題

內(nèi)置羅盤(pán)與外置羅盤(pán)數(shù)據(jù)表現(xiàn)是否一致？

背景知識(shí)

接入飛控系統(tǒng)的羅盤(pán)有“內(nèi)置”和“外置”之分。外置羅盤(pán)通常與GPS在一起，安裝在飛機(jī)外，與飛控不在一起。內(nèi)置羅盤(pán)與飛控在一起。因?yàn)榘惭b位置的差異，所以外置羅盤(pán)容易規(guī)避EMC問(wèn)題。而內(nèi)置羅盤(pán)因?yàn)榕c飛控一體，就要面對(duì)EMC問(wèn)題。

數(shù)據(jù)表現(xiàn)

一、Pixhawk V6X

二、STM32F4 系列

明顯Pixhawk V6X數(shù)據(jù)表現(xiàn)一致性更好，甚至內(nèi)置羅盤(pán)（MAG2) 的數(shù)據(jù)相對(duì)于外置羅盤(pán)還更平滑一些。

Sugar猜測(cè)這與Pixhawk 2.1開(kāi)始的Cube與底板分離的設(shè)計(jì)有關(guān)，因此也不能肯定 STM32F4系列就一定都不好。但Sugar手里沒(méi)有Pixhawk 2.1硬件，因此沒(méi)法去證實(shí)猜測(cè)。

雙 GPS

關(guān)注問(wèn)題

定位精度是否足夠好？

背景知識(shí)

UBlox F9P支持差分定位。差分的使用方式有兩種：一種是“地面端+飛機(jī)端”，另一種是都放在飛機(jī)上配置為“Base+Rover”。最明顯能反映定位精度的是GPS的高度信息，如果不是差分，一個(gè)航線下來(lái)GPS高度與氣壓高度對(duì)比會(huì)有明顯的差異變化。

數(shù)據(jù)表現(xiàn)

Sugar的配置是“Base+Rover”的方式，全航線下來(lái)GPS高程變化與氣壓計(jì)高度變化一致，通過(guò)差值還能得知Sugar所在位置的GPS高程在130m左右。

最后給Pixhawk V6X 這個(gè)MicroSD卡稍凸出一點(diǎn)的設(shè)計(jì)和加工裝配精度一個(gè)好評(píng)，對(duì)于 Sugar這樣經(jīng)常拔插卡讀日志的人非常友好，用手上的肉一按就可以，不用像其他飛控一樣要用指甲扣。

審核編輯 ：李倩