日志采集：传感器数据采集
飞行器的「感知」全靠传感器。IMU、GPS、气压计，这三个是核心。说白了，它们就是飞行器的眼睛、耳朵和平衡感。日志里记录的所有状态变化，源头都在这。
我刚开始做飞控的时候，总觉得传感器数据嘛，读出来就行了。后来摔过几次机，才明白——采集这步要是没做好，后面分析日志全是白搭。
IMU：惯性测量单元
IMU 包含加速度计和陀螺仪。加速度计测三轴加速度，陀螺仪测三轴角速度。这两个数据一结合，就能算出飞行器的姿态。
嗯，这里要注意：IMU 的数据是「相对变化」。它告诉你「现在比刚才转了多少度」，但不知道「现在绝对朝向哪」。所以需要融合其他传感器来修正漂移。
关键参数：
- 加速度计量程：±2g / ±4g / ±8g / ±16g（选型看飞行器机动强度）
- 陀螺仪量程：±250°/s / ±500°/s / ±1000°/s / ±2000°/s
- 输出频率：常见 100Hz ~ 1000Hz
我在项目中遇到过一个问题：某款 IMU 在 200Hz 输出时，数据偶尔会跳变。查了半天，发现是 SPI 时钟线受电机干扰。后来加了屏蔽，问题解决。所以日志里看到 IMU 数据异常，别急着怀疑传感器坏了，先看看电气环境。
GPS：全球定位系统
GPS 提供位置、速度、时间。精度取决于卫星数量、信号质量、差分校正。
普通 GPS 定位精度在 2~5 米。RTK（实时动态差分）可以到厘米级。但 RTK 需要地面基站，不是所有场景都能用。
| GPS 模式 | 水平精度 | 更新频率 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| 单点定位 | 2~5 m | 1~10 Hz | 普通飞行、航线规划 |
| DGPS | 0.5~1 m | 1~10 Hz | 农业、测绘 |
| RTK | 0.01~0.05 m | 5~20 Hz | 精密起降、建图 |
GPS 有个致命弱点：更新频率低。1Hz 的 GPS，两次数据间隔 1 秒。这 1 秒里飞行器能飞出去几十米。所以 GPS 不能单独用于姿态控制，必须和 IMU 融合。
避坑指南：我曾经在楼群密集区试飞，GPS 信号被遮挡，定位漂了 20 多米。日志里看位置数据，突然跳到一个完全不对的地方。后来我养成了习惯：每次起飞前先看 GPS 的 HDOP（水平精度因子），低于 1.0 才解锁。
气压计：高度测量
气压计通过测量大气压力推算高度。原理很简单：气压随高度增加而降低。但实际用起来，坑不少。
气压计精度受温度影响很大。太阳直射下，传感器温度升高，读数会漂。我见过一个案例：飞行器悬停时，气压计高度数据每分钟漂移 2 米。日志里看高度曲线，像波浪一样上下起伏。
解决办法？加遮光罩、做温度补偿、或者用卡尔曼滤波融合 IMU 的垂直加速度。
我的习惯：气压计数据一定要做滑动平均滤波。窗口大小取 5~10 个样本。这样能滤掉风噪和瞬时扰动，但不会过度平滑导致响应延迟。
采集频率与精度
采集频率决定了你能看到多快的变化。奈奎斯特定理说，采样频率至少是信号最高频率的两倍。但实际工程中，我一般取 5~10 倍。
举个例子：飞行器姿态震荡频率约 5~10Hz。IMU 采集频率至少要 50Hz，我通常设 200Hz。GPS 更新慢，1~10Hz 就够了。气压计 20~50Hz 比较合适。
精度方面，别盲目追求高精度。16 位 ADC 和 24 位 ADC 的差别，在普通飞行中根本体现不出来。反而高精度传感器对噪声更敏感，数据抖动更大。
| 传感器 | 推荐采集频率 | 典型精度 | 常见问题 |
|---|---|---|---|
| IMU | 100~400 Hz | 加速度 0.01g，角速度 0.1°/s | 零偏漂移、温度漂移 |
| GPS | 1~10 Hz | 位置 2~5 m，速度 0.1 m/s | 信号遮挡、多路径效应 |
| 气压计 | 20~50 Hz | 高度 0.1~0.5 m | 温度漂移、风压干扰 |
数据同步问题
这是个大坑。三个传感器采集时间不同步，融合出来的数据就是错的。
IMU 最快，GPS 最慢。假设 IMU 在 t=0 时刻采集，GPS 在 t=0.05 秒采集。融合时如果不做时间对齐，姿态和位置就对应不上。飞行器在转弯时，姿态已经变了，位置数据还是转弯前的。结果就是控制发散。
我常用的同步方法有两种：
- 硬件同步：用同一个时钟源触发所有传感器。精度最高，但硬件设计复杂。
- 软件插值：以 IMU 时间戳为基准，对 GPS 和气压计数据做线性插值或样条插值。简单实用，但精度取决于插值模型。
代码示例：GPS 数据插值到 IMU 时间戳
// 伪代码：线性插值
// gps_t1, gps_t2: GPS 前后两个时间戳
// gps_pos1, gps_pos2: 对应的位置
// imu_t: 当前 IMU 时间戳
float alpha = (imu_t - gps_t1) / (gps_t2 - gps_t1);
float interp_pos = gps_pos1 + alpha * (gps_pos2 - gps_pos1);我曾经在日志里发现一个奇怪现象：飞行器明明在平飞，但融合后的高度却在波动。查了三天，发现是气压计和 IMU 的时间戳差了 20 毫秒。20 毫秒啊，在普通飞行中可能不明显，但在剧烈机动时，误差会被放大。
注意：时间戳本身也可能有误差。如果使用微秒级计时器，要确保时钟源稳定。我遇到过晶振温漂导致时间戳偏移的情况，后来换成了 TCXO（温度补偿晶振）。
知识体系总览
下面这张图，把传感器采集的核心逻辑串起来了。从原始数据到日志记录，每一步都有坑，每一步都需要你心里有数。
传感器采集这块，说白了就是三个字：快、准、齐。快——采集频率够高；准——精度满足需求；齐——数据时间对齐。任何一个环节出问题，日志分析都会走弯路。
我个人习惯是，每次拿到新飞行器的日志，先看传感器数据的时间戳是否连续、是否有跳变。这一步能筛掉 80% 的数据质量问题。剩下的，才是真正的飞行状态分析。