传感器原理与选型：加速度计、陀螺仪、磁力计、气压计、GPS/RTK、超声波/激光雷达
飞控系统说白了就是「感知-决策-执行」的闭环。感知层要是出了问题，后面再好的算法也白搭。我这些年调试过的炸机案例，十有八九都能追溯到传感器选型不当或布局不合理。
这一章咱们就把飞控上常见的传感器挨个捋一遍。不讲太深的理论公式，重点说清楚每个传感器是干什么的、怎么选、怎么装。
加速度计与陀螺仪——IMU 的核心
加速度计测的是比力，说白了就是物体受到的加速度（包含重力）。陀螺仪测的是角速度。两者配合，就能算出飞行器的姿态。
我个人习惯把 IMU 称为飞控的「小脑」。它每秒输出几百次数据，姿态估计算法全靠它。
选型要点：
- 量程：加速度计一般选 ±2g 到 ±16g，多旋翼 ±4g 够用；陀螺仪选 ±250°/s 到 ±2000°/s，普通飞行 ±500°/s 足够。
- 噪声密度：越低越好。我见过一些廉价 IMU，悬停时姿态都在抖。
- 温度稳定性：这是大坑。零偏随温度漂移，不做温补的话，飞着飞着姿态就偏了。
我的经验：ICM-20689 和 BMI088 是工程上用得比较多的型号。BMI088 的振动抑制做得不错，在油动平台上优势明显。
磁力计——航向的参照
磁力计测的是地球磁场，用来修正航向角（偏航）。但它特别娇气——电机电流、大功率线缆、甚至附近的钢筋都能干扰它。
为什么会这样？因为磁力计本质上就是个微弱的磁场传感器。你想想看，电机里几十安培的电流产生的磁场，比地磁场强太多了。
避坑指南：我曾经在一个六轴上把磁力计放在电调正下方 2cm 处。结果航向角在油门推高时直接偏了 30 度。后来不得不重新画板，把磁力计挪到机臂延长线上，远离大电流回路。
选型上，RM3100 和 IST8310 是当前的主流。前者抗干扰能力强，后者性价比高。注意磁力计一定要做硬铁和软铁校准，这个后面章节会细讲。
气压计——高度感知
气压计通过测量大气压强来推算高度。原理简单，但实际用起来坑不少。
首先，气压随温度变化。机舱内温度升高，气压计读数就会飘。其次，螺旋桨下洗气流会造成局部气压波动。我见过有人把气压计装在机腹正中间，结果悬停高度上下乱跳。
布局建议：气压计要放在避风处，最好用海绵或泡棉盖住，既透氣又挡气流。MS5611 和 BMP388 是常用型号，MS5611 的噪声更低一些。
GPS/RTK——位置与速度
GPS 提供经纬度、海拔、地速和航向（地速方向）。RTK 能实现厘米级定位，是精准降落和自主作业的基础。
选型时看几个参数：
- 定位精度：普通 GPS 2-5 米，RTK 2-5 厘米。
- 更新率：至少 5Hz，10Hz 更好。
- 搜星能力：双频（L1+L5）抗多径效果好。
- 授时精度：影响 IMU 数据对齐，20ns 以内算合格。
布局铁律：GPS 天线必须放在飞行器最高点，正上方不能有任何遮挡。碳纤维机身会屏蔽信号，天线下方要留出接地铜皮。我见过有人把 GPS 装在机臂下方，结果搜星数从来没超过 6 颗。
超声波/激光雷达——近地感知
超声波和激光雷达都是测距传感器，用于起降、避障和定高（低空时气压计不准）。
超声波便宜但波束角大（60° 左右），容易受地面纹理和倾斜角度影响。激光雷达（如 TFmini、VL53L1X）精度高、波束窄，但成本也高。
我个人习惯在起降阶段用激光雷达做定高，5 米以内比气压计稳得多。超声波适合做避障，但要注意多个超声波同时工作时会串扰。
传感器布局总则
布局比选型更考验功力。我总结了几条硬规矩：
| 传感器 | 布局要求 | 常见错误 |
|---|---|---|
| IMU | 靠近飞行器重心，减震安装 | 装在机臂上，振动过大 |
| 磁力计 | 远离大电流回路和磁性物质 | 放在电调或电池旁边 |
| 气压计 | 避风、隔热、用海绵盖住 | 裸露在螺旋桨下洗气流中 |
| GPS | 飞行器最高点，正上方无遮挡 | 装在碳纤维板下方 |
| 激光雷达 | 垂直向下，安装牢固 | 倾斜安装导致测距不准 |
血的教训：我曾经把磁力计和 GPS 集成在一个模块里，装在机尾。结果发现每次打方向时航向都会跳变。查了两天才找到原因——GPS 天线馈线从磁力计旁边走过，馈线上的共模电流产生了干扰磁场。后来把馈线换成双绞屏蔽线，问题解决。
知识体系总览
下面这张图把本章的核心逻辑串起来了。传感器选型和布局不是孤立的，它们共同决定了飞控的感知质量。