📚 课程目录第4章无人船基础参数配置与传感器校准

4. 无人船基础参数配置与传感器校准

无人船下水前，飞控需要先“认识”自己装的是什么船、每个舵机或电调接在哪个输出口、船体姿态与航向的基准在哪里。这一节围绕四件事展开：用 FRAME_CLASS 声明船型，用 SERVOx_FUNCTION 把物理输出口映射到推进与转向功能，完成加速度计、罗盘与水平校准，最后把 GPS 配置到可用状态。参数错一位，船可能原地打转或反向加速；校准差一点，自动航向就会持续偏航。

一、船型参数：FRAME_CLASS 决定控制律

ArduPilot 的 Rover/船型固件用 FRAME_CLASS 描述载具的运动学构型，它决定了混控逻辑如何把“油门 + 转向”分配到各输出通道。无人船常见取值如下（以固件参数说明为准，示例值仅作教学参考）：

FRAME_CLASS	构型	典型输出	适用场景
1	普通舵机转向船（单舵单桨）	转向舵机 + 主推进电调	小型巡检船、遥控船改装
2	差速双桨船	左桨电调 + 右桨电调	无舵机、靠两侧推力差转向
3	双桨 + 舵机（部分固件支持）	双电调 + 舵机	需要更强转向力矩的船体

选择原则是“按机械实际”，而不是按外观。若船尾只有一个舵机加一个螺旋桨，就选 1；若左右各一个螺旋桨、没有舵机，就选 2。选错后最典型的现象是：推油门时船不前进，或者转向通道动作导致两桨同向加速。修改 FRAME_CLASS 后必须重启飞控，混控矩阵才会重新加载。

二、输出映射：SERVOx_FUNCTION 把功能落到引脚

SERVOx_FUNCTION 是“功能—引脚”的绑定表，x 对应飞控 MAIN OUT 或 AUX OUT 的物理通道号。船型常用功能编号（示例，具体以所用固件版本参数表为准）：

0：Disabled，禁用该输出；
26：GroundSteering，地面/水面转向（舵机）；
70：Throttle，油门（单桨船的主推进）；
73：ThrottleLeft，差速左桨；
74：ThrottleRight，差速右桨。

以单舵单桨船为例，若舵机接 MAIN OUT 1、电调接 MAIN OUT 3，则配置为：

FRAME_CLASS      = 1
SERVO1_FUNCTION  = 26    # 转向舵机
SERVO3_FUNCTION  = 70    # 主推进油门
SERVO2_FUNCTION  = 0     # 未使用通道禁用
SERVO4_FUNCTION  = 0

差速双桨船则把 SERVO1_FUNCTION=73、SERVO3_FUNCTION=74，其余通道禁用。配置完成后进入“电机测试”或手动模式小幅推油门，确认：油门增大时船向前、转向杆右打时船头右偏。若方向相反，优先改 SERVOx_REVERSED 或交换左右桨通道，而不是在遥控器里反向，以免影响自动模式。

三、加速度计校准：建立姿态基准

加速度计校准的目的是让飞控知道“水平”在哪里。操作时把船放在平静水面或水平台面上，保持船体静止，进入地面站的“加速度计校准”，按提示依次将船体摆到六个方向（水平、倒置、左侧、右侧、船头朝上、船头朝下），每个姿态保持静止直到进度条完成。校准期间不要触碰船体，也不要站在船边造成水面波动。

校准后检查 AHRS_TRIM_X、AHRS_TRIM_Y 是否接近 0；若数值明显偏大（例如超过 0.1 rad），说明校准姿态本身不水平，应重新校准而不是靠 TRIM 硬补。船体安装有固定倾角时，才用 TRIM 做小量修正。

四、罗盘校准：航向的绝对基准

罗盘（磁力计）提供航向，是自动航线和返航的基础。校准前先确认罗盘安装位置远离电机、电调、大电流线束，至少保持 10 cm 以上距离；若使用外置 GPS 罗盘，尽量装在桅杆顶部。校准流程是在地面站启动罗盘校准后，把船体绕三个轴缓慢旋转，每个方向都要转到，直到采样点覆盖完整球面。校准完成后重点看两个指标：

偏移量（offsets）：三个轴分量不应接近量程极限，否则说明附近有强磁干扰；
适应度/一致性：地面站显示的校准质量应处于良好区间，若提示“mag fit bad”，需换位置重来。

若船体上电后航向随油门变化而漂移，通常是电调磁场干扰，应重新布置罗盘或做电机干扰补偿（CompassMot），而不是反复校准。

五、水平校准与 GPS 配置

“水平校准”在船上通常指两方面：一是加速度计校准已建立的姿态零点；二是通过 AHRS_TRIM 修正安装倾角。若船体设计本身有纵倾（例如船头略抬），可在平静水面静止时执行一次“水平校准”，让飞控把当前姿态记为零位。注意这一步必须在船静止、无风浪、电池就位的情况下做，否则会把波浪姿态固化进零点。

GPS 配置的关键参数包括：

参数	示例值	说明
`GPS_TYPE`	1（自动）或 2（uBlox）	按实际模块协议选择
`SERIALx_BAUD`	38（57600）或 115（115200）	与 GPS 模块波特率一致
`GPS_POS_X/Y/Z`	按实测偏移填写	GPS 相对船体中心的位置，单位米
`EK3_SRC1_YAW`	1（罗盘）或 3（GPS）	航向来源选择

配置完成后到室外开阔处等待定位，检查卫星数、HDOP 与定位状态（3D Fix）。HDOP 建议小于 1.5 再进入自动模式。若 GPS 与罗盘航向差异长期大于 15°，应检查 GPS_POS_* 偏移方向是否填反，或罗盘是否受干扰。

校准顺序建议：先加速度计，再罗盘，最后水平校准与 GPS。因为罗盘校准依赖船体姿态基准，顺序颠倒会导致航向与姿态不一致。

所有参数修改后先在地面做舵面与油门方向检查，再下水。水上发现反向时，优先用遥控器微调或 SERVOx_REVERSED 修正，切勿在自动模式下强行起飞式加速。

完成以上配置后，飞控已经具备“知道自己是什么船、每个口驱动什么、姿态与航向基准在哪”的基础能力。下一步的航线与返航功能，都建立在这组参数与校准结果之上。