Как беспилотник определяет крен, тангаж и рыскание

Введение

Крен, тангаж и рыскание — три угловых характеристики ориентации корпуса. Крен описывает наклон вокруг продольной оси, тангаж — вокруг поперечной, рыскание — вокруг вертикальной. Эти углы получают из модели ориентации корпуса с использованием инерциальных данных. Географический курс связан с направлением движения и может расходиться с ориентацией носовой части.

Входные данные и результат

Крен, тангаж и рыскание описывают ориентацию корпуса относительно принятой системы координат. Гироскоп измеряет скорость изменения ориентации, а программная оценка восстанавливает угловое состояние.

Инерциальные датчики дают угловую скорость и удельную силу, а вычислитель оценивает углы относительно выбранного опорного кадра.

Пример трактовки

При демонстрации на модели самолёта крен — наклон вокруг продольной оси, тангаж — наклон носа вверх или вниз, рыскание — поворот направления носа в горизонтальной плоскости.

Термины и границы

roll — крен вокруг продольной оси; pitch — тангаж вокруг поперечной оси.

Углы Эйлера обладают особенностями представления вблизи некоторых положений; внутренние алгоритмы могут использовать другие математические формы, например кватернионы.

Когда описание требует оговорки

Поворот относительно вертикальной оси и географический курс могут различаться по определению и системе отсчёта.

Три угла описывают ориентацию, но не маршрут

Крен, тангаж и рыскание связаны с вращательной ориентацией аппарата. Они не описывают сами по себе его географические координаты, путевую скорость или удаление от наземной станции. Для правильного понимания нужно знать соглашения об осях и последовательности поворотов.

В программных интерфейсах ориентация иногда представляется кватернионом или другими математическими структурами, а видимые человеку углы вычисляются из этих данных. Поэтому пользовательский показатель не всегда является прямым сигналом одного датчика.

Такие различия можно объяснить без формул преобразования или процедур управления летательным аппаратом.

Ориентация корпуса описывается относительно осей

Крен, тангаж и рыскание — углы ориентации, которые обычно определяют относительно выбранной последовательности поворотов и системы координат. Гироскопы регистрируют угловые скорости, а алгоритм формирует оценку ориентации. Из этого следует важное различие между измерениями сенсора и тремя числами, показанными в интерфейсе.

В инженерной документации могут применяться углы Эйлера и кватернионы. Последние удобны как математическое представление пространственного вращения, но не являются дополнительным физическим датчиком. Визуальный авиагоризонт переводит оценку в понятную человеку форму. При чтении данных нужно знать условные знаки и системы осей: иначе даже корректная телеметрия может быть истолкована неверно. Материал носит объяснительный характер без описания настройки полётного аппарата.

Углы Эйлера могут зависеть от порядка последовательных поворотов. Поэтому тройка значений без принятого соглашения иногда непригодна для прямого сравнения двух разных программ. Кватернион описывает то же пространственное вращение иначе и не должен представляться как четвёртый «угол управления». Для объяснительной статьи достаточно привести смысл представлений, не погружаясь в расчёт управляющих воздействий.