传感器校准：加速度计、陀螺仪、磁力计、气压计的校准方法与验证
传感器校准这件事，说简单也简单，说复杂也复杂。我见过不少飞手，拿到新机架就急着上天，结果飞起来不是偏航就是飘，最后查来查去，发现是传感器数据就没对过。
说白了，校准就是告诉飞控：「你现在看到的零点和刻度，到底对应真实世界的什么值。」这一步做不好，后面所有的调参都是白费功夫。
核心观点：校准不是可选步骤，而是飞控系统正确工作的前提条件。未校准的传感器数据，误差可能达到 10% 以上，直接导致姿态解算发散。
校准的整体流程
我个人习惯把校准分成四个阶段，按顺序来，不能跳。你想想看，如果加速度计都没校好，那水平姿态就是歪的，磁力计校准时的参考平面也就不对了。
加速度计校准
加速度计测量的是比力，也就是重力加上运动加速度。校准的目标是消除零偏和刻度因子误差。
校准方法：六面法
把飞控（或整机）依次摆成六个姿态：X轴朝上、X轴朝下、Y轴朝上、Y轴朝下、Z轴朝上、Z轴朝下。每个姿态保持静止 2-3 秒。
为什么是六个面？因为每个轴的正反方向都能测到 ±1g 的重力分量，这样就能解出三个轴的零偏和刻度因子。
我的经验：在校准之前，先把飞控上电预热 1-2 分钟。传感器芯片有温度漂移，冷机状态和热机状态的零偏能差出 0.05g。我曾经遇到过一台机器，冷机校准后飞了 5 分钟就开始飘高，后来发现是温度补偿没做对。
PX4 操作步骤：
1. 连接 QGroundControl，进入「传感器」页面
2. 点击「加速度计」校准按钮
3. 按照屏幕提示，依次摆放六个姿态
4. 每个姿态保持静止，等待状态指示灯变绿
5. 校准完成后，检查校准结果参数：
- CAL_ACC0_XOFF ~ CAL_ACC0_ZOFF：零偏（理想值接近 0）
- CAL_ACC0_XSCALE ~ CAL_ACC0_ZSCALE：刻度因子（理想值接近 1.0）验证方法：
校准完成后，把飞控水平放置，查看加速度计模值：
acc_norm = sqrt(ax² + ay² + az²)
// 理想值应为 9.80665 m/s²，误差应小于 0.1 m/s²如果模值偏差超过 0.2 m/s²，我建议重新校准。有时候是摆放平面不够水平，或者校准过程中有人碰到了桌子。
陀螺仪校准
陀螺仪测量角速度，校准的核心是消除零偏。说白了，就是让飞控知道「静止时角速度应该为零」。
校准方法：静止采样法
把飞控放在绝对静止的平面上，采集 500-1000 个样本，取平均值作为零偏值。这个过程不需要任何手动操作。
注意：校准陀螺仪时，周围不能有振动源。我曾经在实验室桌上校过一次，隔壁工位在用电钻，结果零偏值大了 0.5 °/s，飞起来后偏航一直在缓慢漂移。后来换到安静的角落重新校准，问题就解决了。
PX4 操作步骤：
1. 将飞行器放置在水平、静止的平面上
2. 在 QGC 中点击「陀螺仪」校准按钮
3. 等待 3-5 秒，系统自动完成采样
4. 检查参数：
- CAL_GYRO0_XOFF ~ CAL_GYRO0_ZOFF：零偏（理想值 < 0.1 °/s）验证方法：
校准后，在 QGC 的「Mavlink Inspector」中查看陀螺仪原始数据。静止时三个轴的角速度应在 ±0.1 °/s 以内。如果某个轴持续偏大，可能是传感器硬件问题，也可能是校准过程中有振动干扰。
磁力计校准
磁力计这东西，最让人头疼。它测的是地磁场，但周围任何铁磁性物质都会干扰它。电机、电调、电池、甚至地面上的钢筋，都能让数据跑偏。
校准方法：旋转法（椭球拟合）
拿着飞行器，在空中画「8」字，或者绕三个轴各旋转 360 度。目的是让磁力计采集到各个方向上的磁场数据，然后通过椭球拟合算法计算出硬铁和软铁干扰。
关键点：旋转速度不要太快，每秒转一圈左右就行。太快了磁力计响应跟不上，数据点会集中在某个区域，拟合出来的椭球就不准。
PX4 操作步骤：
1. 断开电机电源（安全第一）
2. 在 QGC 中点击「磁力计」校准按钮
3. 按照提示，绕 X、Y、Z 轴各旋转 360 度
4. 观察屏幕上的数据点分布，应均匀覆盖球面
5. 校准完成后检查参数：
- CAL_MAG0_XOFF ~ CAL_MAG0_ZOFF：硬铁偏移（单位：高斯）
- CAL_MAG0_XSCALE ~ CAL_MAG0_ZSCALE：软铁缩放（理想值接近 1.0）验证方法：
校准完成后，在 QGC 中查看磁力计模值：
mag_norm = sqrt(mx² + my² + mz²)
// 理想值应在 0.4 - 0.6 高斯之间（取决于纬度）
// 旋转飞行器时，模值变化应小于 0.1 高斯如果模值变化超过 0.15 高斯，说明校准不充分。我遇到过一种情况：用户在校准时把飞行器放在金属桌子上，结果磁力计数据一直不对。后来换到木质桌面重新校准，一次就过了。
避坑指南：每次更换电机、电调或电池位置后，都建议重新校准磁力计。我曾经因为换了一根更粗的电源线，导致磁力计偏移了 0.2 高斯，飞起来后航向角偏差了 15 度。
气压计校准
气压计用来测高度，原理很简单：气压随高度变化。但实际使用中，气压计受温度影响很大，而且对环境气流敏感。
校准方法：零高设置
气压计校准其实不是传统意义上的「校准」，而是设置一个参考气压值。飞控会把当前气压作为零高度基准，后续的高度变化都基于这个基准计算。
PX4 操作步骤：
1. 确保飞行器在地面，且周围没有强风
2. 在 QGC 中点击「气压计」校准按钮
3. 系统自动读取当前气压并设置为参考值
4. 检查参数：
- CAL_BARO0_OFF：气压偏移（单位：Pa）
- 校准后该值应为当前海平面气压与传感器读数的差值验证方法：
校准后，观察 QGC 中的高度显示。在静止状态下，高度波动应小于 ±0.3 米。如果波动超过 0.5 米，可能是气压计暴露在阳光直射下，或者风太大。
注意：气压计对温度非常敏感。不要把飞控从空调房直接拿到室外就校准，温差会导致气压计读数漂移。我建议在室外静置 3-5 分钟，等传感器温度稳定后再校准。
校准后的综合验证
四个传感器都校准完成后，别急着起飞。先做一次综合验证：
| 验证项目 | 方法 | 合格标准 |
|---|---|---|
| 加速度计 | 水平放置，查看模值 | 9.80665 ± 0.1 m/s² |
| 陀螺仪 | 静止，查看三轴角速度 | ±0.1 °/s 以内 |
| 磁力计 | 旋转飞行器，查看模值变化 | 变化 < 0.1 高斯 |
| 气压计 | 静止，查看高度波动 | ±0.3 米以内 |
如果某个传感器没通过验证，不要强行飞。回头检查校准过程，或者看看是不是硬件安装有问题。我见过最离谱的一次，是用户把飞控装反了，加速度计 Z 轴一直显示 -1g，校准怎么都过不了。
嗯，校准这部分就讲到这里。记住一句话：校准花 10 分钟，能省下后面 10 小时的排故时间。