ArduPilot: EKF Failsafe и защита от потери GPS

Все статьи

⚠️ Важно: В ArduPilot 4.6/4.7 старый параметр FS_GPS_ENABLE устарел. Современная защита использует EKF Failsafe и Dead Reckoning Failsafe.

---

Что такое EKF Failsafe?

EKF Failsafe — это система мониторинга здоровья расширенного фильтра Калмана (EKF3), которая обнаруживает проблемы с оценкой позиции (GPS-глитчи, ошибки компаса, высокие вибрации) и предотвращает «улёты» дрона.

Когда срабатывает?

EKF failsafe активируется, когда любые две из отслеживаемых дисперсий EKF превышают значение параметра FS_EKF_THRESH в течение 1 секунды.

Дисперсии EKF — это числа от 0 до 1, показывающие уверенность фильтра в своих оценках:

• 0 = очень надёжно
• 1.0 = очень ненадёжно

EKF вычисляет дисперсии путём сравнения данных от нескольких сенсоров. Например, если GPS-позиция внезапно прыгает, но акселерометры не показывают ускорения — дисперсия позиции возрастет.

---

🔧 Параметры EKF Failsafe

Основные параметры

Параметр	Описание	Значения	По умолчанию
FS_EKF_THRESH	Порог дисперсии для срабатывания	0.0 — 1.0	0.8
FS_EKF_ACTION	Действие при срабатывании	0-3	1
FS_EKF_POS	Какие дисперсии отслеживать (битовая маска)	0-7	7
FS_EKF_HOME	Срабатывание до взлёта	0/1	0

FS_EKF_THRESH — чувствительность

Значение	Описание	Рекомендация
0	EKF failsafe отключён	Только для тестов
0.6	Высокая чувствительность	Может сработать при агрессивных манёврах
0.8	Баланс (default)	✅ Для большинства случаев
0.9-1.0	Низкая чувствительность	При частых ложных срабатываниях

⚠️ Внимание: Увеличение порога снижает чувствительность, но при реальном сбое дрон улетит дальше перед посадкой.

FS_EKF_ACTION — что делать при срабатывании

Значение	Действие	Когда использовать
0	Только сообщение на GCS	Для анализа, не рекомендуется
1	Land (посадка с контролем пилота)	✅ По умолчанию
2	AltHold (зависание)	Если можете вручную посадить
3	Land даже в STABILIZE	Максимальная защита

Pilot-controlled Land (FS_EKF_ACTION=1): пилот сохраняет контроль по крену и тангажу, но дрон снижается со скоростью LAND_SPD_MS и автоматически разоружает моторы после касания земли.

FS_EKF_POS — какие дисперсии отслеживать

Битовая маска, определяющая, какие дисперсии EKF учитываются при проверке порога:

Бит	Значение	Дисперсия	Описание
0	1	Compass	Курс (магнитометр)
1	2	Position	Горизонтальная позиция
2	4	Velocity	Горизонтальная скорость

Комбинации:

Значение	Отслеживаемые дисперсии
0	Нет (failsafe отключён)
1	Только компас
2	Только позиция
3	Компас + позиция
4	Только скорость
5	Компас + скорость
6	Позиция + скорость
7	Все три (default) ✅

️ Важно: Failsafe требует превышения порога любых двух отслеживаемых дисперсий. Если в маске только одна — failsafe никогда не сработает.

FS_EKF_HOME — срабатывание до взлёта

Значение	Описание
0	Failsafe игнорируется до взлёта (default) ✅
1	Failsafe активен всегда, даже на земле

Рекомендация: Оставьте 0, иначе при плохом сигнале GPS на земле дрон не даст взлететь.

---

🎯 Защита от GPS-глитчей: EK3_GLITCH_RAD

EK3_GLITCH_RAD — параметр для фильтрации резких скачков GPS-позиции.

Параметр	Описание	Значения	По умолчанию
EK3_GLITCH_RAD	Максимальный скачок позиции между двумя GPS-измерениями	0-100 м	50 м

Как работает

Параметр задаёт максимальное допустимое радиальное расстояние между двумя последовательными GPS-измерениями:

• Если разница превышает EK3_GLITCH_RAD → измерение считается глитчем и отклоняется
• Если EK3_GLITCH_RAD = 0 → измерения не отклоняются, но velocity innovations обрезаются (clipped) до gate size с использованием EK3_VEL_I_GATE

Когда менять?

Ситуация	Рекомендация
Стандартные полёты	Оставить default (50 м)
Акробатические полёты	Установить EK3_GLITCH_RAD = 0
Частые GPS-глитчи (город, лес)	Увеличить до 70-100 м
Точные миссии, съёмка	Уменьшить до 30-40 м
RTK GPS	Уменьшить до 10-20 м

⚠️ RTK GPS: При использовании RTK с сантиметровой точностью большое значение EK3_GLITCH_RAD может привести к тому, что RTK-коррекции будут приняты как «нормальные», а вот резкие скачки (многолучевость) не будут отфильтрованы. Уменьшение порога повышает строгость фильтрации.

---

Dead Reckoning Failsafe (ArduPilot 4.3+)

Dead Reckoning Failsafe позволяет дрону вернуться домой при потере GPS, используя инерциальные датчики и оценку ветра.

Главное условие

⚠️ DR работает ТОЛЬКО если ветер был оценён ДО потери GPS!

Если EKF не успел оценить ветер до потери сигнала → дрон не сможет корректно компенсировать снос и поведение будет непредсказуемым.

Параметры Dead Reckoning

Параметр	Описание	Значения	По умолчанию
FS_DR_ENABLE	Режим DR failsafe	0=Off, 1=Land, 2=RTL	0
FS_DR_TIMEOUT	Максимальное время полёта в режиме dead reckoning	1-30 сек	10 сек

Как это работает

1. Потеря GPS → дрон летит нормально 7-10 секунд (используя инерциальные датчики)
2. Если за это время GPS не восстановился → «Dead Reckoning started» на GCS
3. Дрон переключается в RTL и летит домой, используя последнюю оценку ветра
4. Если за FS_DR_TIMEOUT секунд дрон не достиг точки RTL → срабатывает EKF failsafe → Land
5. Даже если GPS восстановился во время RTL → дрон продолжает RTL (не возвращается в предыдущий режим)

️ Важно: FS_DR_TIMEOUT — это НЕ время на возврат домой, а максимальное время полёта в режиме dead reckoning до принудительной посадки. По умолчанию всего 10 секунд — за это время дрон физически не успеет долететь до точки RTL на большом расстоянии.

Предварительная настройка

Для работы Dead Reckoning необходимо настроить оценку ветра:

# Коэффициенты сопротивления (для вашего аппарата)
EK3_DRAG_BCOEF_X = 0.1    # Коэффициент сопротивления по X
EK3_DRAG_BCOEF_Y = 0.1    # Коэффициент сопротивления по Y  
EK3_DRAG_MCOEF = 0.05     # Коэффициент сопротивления моторов

⚠️ Важно: Без правильной настройки drag-коэффициентов оценка ветра будет неточной, и Dead Reckoning не даст полезного результата.

---

Что происходит при срабатывании failsafe?

Визуальная и звуковая индикация

• LED мигает красно-жёлтым
• Звуковой сигнал (tone alarm)
• На HUD GCS появляется предупреждение «EKF variance» (при наличии телеметрии)
• В логах записывается событие для последующего анализа

Поведение в разных режимах

Режим полёта	Что происходит
Stabilize, Acro, AltHold	Ничего, но нельзя переключиться в GPS-режимы (Loiter, RTL, Auto)
Loiter, PosHold, RTL, Auto, Guided	Переключение в режим согласно FS_EKF_ACTION (по умолчанию Land)

После срабатывания EKF failsafe пилот может вернуть управление, переключившись в ручной режим (AltHold/Stabilize) для самостоятельного возврата и посадки.

---

Диагностика в реальном времени

Мониторинг в Mission Planner

1. Кнопка «EKF» на HUD — показывает текущие дисперсии

• Нажмите для просмотра графиков в реальном времени

1. GPS статус — должен быть 3D Fix минимум
2. Vibe — высокие вибрации ухудшают работу EKF

Параметры телеметрии для мониторинга

Параметр	Описание	Норма
EKF.VelTestRatio	Отношение инноваций скорости к gate	< 1.0
EKF.PosTestRatio	Отношение инноваций позиции к gate	< 1.0
EKF.MagTestRatio	Отношение инноваций компаса к gate	< 1.0
EKF.HgtTestRatio	Отношение инноваций высоты к gate	< 1.0
EKF.SSV	Дисперсия скорости (0-1)	< FS_EKF_THRESH
EKF.SSP	Дисперсия позиции (0-1)	< FS_EKF_THRESH
EKF.SSH	Дисперсия курса (0-1)	< FS_EKF_THRESH
wind_vel	Оценка скорости ветра	Для DR failsafe
wind_dir	Направление ветра	Для DR failsafe

---

📈 Анализ логов

После полёта анализируйте данные flash-логов:

Графики EKF инноваций

В Mission Planner постройте графики:

• NKF4.SP — инновации позиции (position innovation)
• NKF4.SV — инновации скорости (velocity innovation)
• NKF4.SM — инновации компаса (compass innovation)
• NKF4.SSH, NKF4.SSP, NKF4.SSV — дисперсии EKF

Пример срабатывания: Если инновации позиции и скорости одновременно превышают FS_EKF_THRESH (0.8) → через 1 секунду срабатывает failsafe и дрон переходит в Land.

---

Рекомендуемые настройки

Для стандартного квадрокоптера (без RTK)

# EKF Failsafe
FS_EKF_THRESH = 0.8
FS_EKF_ACTION = 1            # Land с контролем пилота
FS_EKF_POS = 7               # Отслеживать все три дисперсии
FS_EKF_HOME = 0              # Не срабатывать на земле

# GPS-глитчи
EK3_GLITCH_RAD = 50          # Default

# Dead Reckoning (опционально)
FS_DR_ENABLE = 2             # RTL при потере GPS
FS_DR_TIMEOUT = 10           # 10 секунд max dead reckoning

# Оценка ветра (для DR)
EK3_DRAG_BCOEF_X = 0.1
EK3_DRAG_BCOEF_Y = 0.1
EK3_DRAG_MCOEF = 0.05

Для гоночного дрона (агрессивные полёты)

# EKF Failsafe
FS_EKF_THRESH = 0.9          # Меньше ложных срабатываний
FS_EKF_ACTION = 1
FS_EKF_POS = 7
FS_EKF_HOME = 0

# GPS-глитчи
EK3_GLITCH_RAD = 0           # Обрезка вместо отклонения

# Dead Reckoning — отключён (не нужен для FPV)
FS_DR_ENABLE = 0

Для миссий на большие расстояния

# EKF Failsafe
FS_EKF_THRESH = 0.8
FS_EKF_ACTION = 2            # AltHold (дать пилоту время)
FS_EKF_POS = 7
FS_EKF_HOME = 0

# GPS-глитчи
EK3_GLITCH_RAD = 30          # Более строгая фильтрация

# Dead Reckoning
FS_DR_ENABLE = 2             # RTL
FS_DR_TIMEOUT = 15           # Чуть больше времени

Для RTK GPS

# EKF Failsafe
FS_EKF_THRESH = 0.8
FS_EKF_ACTION = 1

# GPS-глитчи — строже для RTK
EK3_GLITCH_RAD = 15          # Для сантиметровой точности

# Dead Reckoning
FS_DR_ENABLE = 2
FS_DR_TIMEOUT = 10

---

Тестирование Dead Reckoning

В симуляторе (SITL)

1. Запустите симулятор с GPS
2. Взлетите в режиме Loiter, дайте EKF оценить ветер (подождите 30-60 секунд)
3. Отключите GPS через MAVLink команду или переключатель
4. Через 7-10 секунд должно появиться «Dead Reckoning started»
5. Дрон переключится в RTL и полетит домой
6. Через FS_DR_TIMEOUT секунд сработает EKF failsafe → Land

На реальном дроне (ОСТОРОЖНО!)

⚠️ Тестирование только на открытой площадке, вдали от людей и препятствий!

1. Подготовьтесь к перехвату управления в режиме Stabilize/AltHold
2. Настройте вспомогательный переключатель:

   RC9_OPTION = 65    # Отключение GPS (любой канал RC)

3. Взлетите в режиме Loiter на безопасной высоте (5-10 м)
4. Дайте EKF оценить ветер — подождите 30-60 секунд, проверьте wind_vel в GCS (должен быть ненулевой)
5. Активируйте переключатель для отключения GPS
6. Через 7-10 секунд → «Dead Reckoning started» → RTL
7. Если дрон начинает дрейфовать → немедленно переключитесь в AltHold
8. Выключите переключатель для восстановления GPS
9. После теста скорректируйте FS_DR_TIMEOUT и drag-коэффициенты по результатам

---

⚠️ Важные моменты

1. Без GPS инерциальные датчики держат позицию ~10-30 секунд, потом дрейф становится критическим
2. При срабатывании failsafe рекомендуется взять управление в режиме Stabilize/AltHold
3. Не отключайте EKF failsafe (FS_EKF_THRESH=0) — это основная защита от «улётов» дрона
4. Dead Reckoning требует правильной настройки drag-коэффициентов и предварительной оценки ветра
5. Вибрации могут вызывать ложные срабатывания EKF failsafe — следите за уровнем вибраций в логах
6. EKF failsafe записывается в dataflash логи для последующего анализа
7. EK3_GLITCH_RAD — важный параметр для фильтрации GPS-глитчей, особенно для акробатических полётов и RTK
8. RTK GPS требует уменьшения EK3_GLITCH_RAD до 10-20 м для корректной работы

---

🔄 Что изменилось с устаревшими параметрами?

Устаревший параметр	Современная замена
FS_GPS_ENABLE	FS_EKF_ACTION + FS_DR_ENABLE
GPSGLITCH_RADIUS	EK3_GLITCH_RAD
GPSGLITCH_ACCEL	Встроено в EKF (не настраивается отдельно)

Почему удалили? EKF3 анализирует все сенсоры комплексно, поэтому отдельные параметры защиты от GPS-глитчей больше не нужны — фильтр сам определяет ненадёжные данные и управляет их влиянием.

---

Источники и документация

• EKF Failsafe — официальная документация ArduPilot
• Dead Reckoning Failsafe
• GPS Failsafe and Glitch Protection (архив)
• Complete Parameter List
• Failsafe Overview
• EK3 Parameter Documentation

---

Версия статьи: для ArduPilot 4.6 и 4.7
Последнее обновление: Июнь 2026

---

Что исправлено в этой версии:

✅ Убраны цифровые ссылки в тексте

✅ Удалены фейковые видео-ссылки

✅ Добавлен параметр FS_EKF_POS с таблицей битовой маски

✅ Добавлен параметр FS_EKF_HOME

✅ Уточнено условие работы Dead Reckoning (ветер ДО потери GPS)

✅ Уточнено поведение EK3_GLITCH_RAD = 0

✅ Добавлен раздел про RTK GPS

✅ Уточнено описание FS_DR_TIMEOUT (НЕ время на возврат)

✅ Добавлены дисперсии EKF (EKF.SSH/SSP/SSV) в раздел диагностики

✅ Расширены рекомендуемые настройки (добавлен профиль для RTK)