附录

姿态互转

四元数顺序为 WXYZ（ $q_{0}$ 为标量部分）， $Q_{b 2 n}$ 表示载体系（b）到世界系（n）的旋转。COORD 0（载体系右-前-上，世界系东北天 ENU）使用 312 公式，COORD 4（ROS）使用 321 公式，坐标轴定义见坐标系与方向约定。各角所绕的轴、量程、正方向和俯仰接近 ±90° 的限制见姿态表示；换配置后要按对应公式从四元数重新提取欧拉角。

四元数转旋转矩阵

给定 $Q_{b 2 n} = [q_{0}, q_{1}, q_{2}, q_{3}]^{T}$ ，方向余弦矩阵为：

C_{b 2 n} = [\begin{matrix} q_{0}^{2} + q_{1}^{2} - q_{2}^{2} - q_{3}^{2} & 2 (q_{1} q_{2} - q_{0} q_{3}) & 2 (q_{1} q_{3} + q_{0} q_{2}) \\ 2 (q_{1} q_{2} + q_{0} q_{3}) & q_{0}^{2} - q_{1}^{2} + q_{2}^{2} - q_{3}^{2} & 2 (q_{2} q_{3} - q_{0} q_{1}) \\ 2 (q_{1} q_{3} - q_{0} q_{2}) & 2 (q_{2} q_{3} + q_{0} q_{1}) & q_{0}^{2} - q_{1}^{2} - q_{2}^{2} + q_{3}^{2} \end{matrix}]

右-前-上（COORD 0）— 312 旋转顺序（先 Z，再 X，最后 Y）

四元数转欧拉角：

\begin{aligned} pitch & = \arcsin (2 (q_{0} q_{1} + q_{2} q_{3})) \\ roll & = - atan 2 (2 (q_{1} q_{3} - q_{0} q_{2}), q_{0}^{2} - q_{1}^{2} - q_{2}^{2} + q_{3}^{2}) \\ yaw & = - atan 2 (2 (q_{1} q_{2} - q_{0} q_{3}), q_{0}^{2} - q_{1}^{2} + q_{2}^{2} - q_{3}^{2}) \end{aligned}

欧拉角转四元数（ $c_{p} = \cos \frac{pitch}{2}$ 、 $s_{p} = \sin \frac{pitch}{2}$ ， $c_{r} / s_{r}$ 、 $c_{y} / s_{y}$ 同理）：

\begin{aligned} q_{0} & = c_{p} c_{r} c_{y} - s_{p} s_{r} s_{y} \\ q_{1} & = s_{p} c_{r} c_{y} - c_{p} s_{r} s_{y} \\ q_{2} & = c_{p} s_{r} c_{y} + s_{p} c_{r} s_{y} \\ q_{3} & = c_{p} c_{r} s_{y} + s_{p} s_{r} c_{y} \end{aligned}

ROS（REP-103）— 321 旋转顺序（先 Z，再 Y，最后 X）

ROS 配置的载体系为前、左、上（FLU），用于 6 轴（相对航向）。此时世界系 X 轴指向上电时的航向零方向，Y 轴向左，Z 轴向上，上电时 yaw 为 0。

四元数转欧拉角：

\begin{aligned} roll & = atan 2 (2 (q_{0} q_{1} + q_{2} q_{3}), 1 - 2 (q_{1}^{2} + q_{2}^{2})) \\ pitch & = \arcsin (2 (q_{0} q_{2} - q_{1} q_{3})) \\ yaw & = atan 2 (2 (q_{0} q_{3} + q_{1} q_{2}), 1 - 2 (q_{2}^{2} + q_{3}^{2})) \end{aligned}

欧拉角转四元数（ $c_{r} = \cos \frac{roll}{2}$ 、 $s_{r} = \sin \frac{roll}{2}$ ， $c_{p} / s_{p}$ 、 $c_{y} / s_{y}$ 同理）：

\begin{aligned} q_{0} & = c_{r} c_{p} c_{y} + s_{r} s_{p} s_{y} \\ q_{1} & = s_{r} c_{p} c_{y} - c_{r} s_{p} s_{y} \\ q_{2} & = c_{r} s_{p} c_{y} + s_{r} c_{p} s_{y} \\ q_{3} & = c_{r} c_{p} s_{y} - s_{r} s_{p} c_{y} \end{aligned}

缩略词与术语

缩写 / 术语	全称 / 含义
IMU	Inertial Measurement Unit，惯性测量单元（加速度计 + 陀螺仪，可含磁力计）
AHRS	Attitude and Heading Reference System，姿态航向参考系统（9 轴，绝对航向）
VRU	Vertical Reference Unit，垂直参考单元（6 轴，相对航向）
MRU	Motion Reference Unit，运动参考单元，输出垂荡、纵荡、横荡等船舶运动量
Heave / Surge / Sway	垂荡 / 纵荡 / 横荡，船舶三轴周期运动
ENU	东北天世界坐标系，见坐标系与方向约定
RFU / FLU	右前上 / 前左上载体坐标系；FLU 是 ROS 的载体轴约定
ROS / REP-103	机器人操作系统及其坐标约定：载体前-左-上，见输出数据轴向
COORD	输出数据轴向配置，见输出数据轴向
URFR	安装方向编码，见安装方向
USRCAL	用户级陀螺校准，见用户级陀螺校准
MAIN_STATUS	16 位主状态字，见 MAIN_STATUS 状态字
MCAL	Magnetometer Calibration，地磁校准，见地磁校准
PMUX	Pin Multiplexing，多功能 IO 复用，见多功能 IO 复用
SYNC_IN / PPS	同步脉冲输入 / 秒脉冲，用于触发输出与对时，见时间同步与 IO
SOUT	Sync Output，COM1 数据帧发送标记脉冲，见 SOUT 同步输出
RMC	NMEA 推荐最简定位信息语句，PPS 对时用的时间消息
HI91 / HI83	HiPNUC 二进制数据帧：定长浮点 / 变长位图，见HI91、HI83
CANFD83	HI83 字段布局的 CAN FD 数据帧，见 CANFD83
SOF	Start of Frame，帧头同步标志（`5A A5`）
CRC	Cyclic Redundancy Check，循环冗余校验，见 CRC 校验
PGN	Parameter Group Number，J1939 参数组编号，见 PGN 消息列表
SA / DA	Source / Destination Address，J1939 源 / 目的地址
TPDO / SDO	CANopen 发送过程数据对象 / 服务数据对象，见 CANopen（CAN）
NMT	Network Management，CANopen 网络管理
DBC	CAN 数据库文件，描述 CAN 信号定义，供 CANoe / BusMaster 等导入

CANopen（CAN）

CANopen 为定制固件功能，如需使用请联系我司。新项目请使用 J1939，本节供已有 CANopen 项目查阅。CANopen 使用 11 位标准帧，节点 ID 与 J1939 节点地址共用，默认 8。

TPDO 映射

通道	帧 ID	参数索引	DLC	数据	类型 / 比例 / 单位
TPDO1	0x180+ID	0x1800	6	加速度 X/Y/Z	i16，mG（0.001 G）
TPDO2	0x280+ID	0x1801	6	角速度 X/Y/Z	i16，0.1 deg/s
TPDO3	0x380+ID	0x1802	6	欧拉角 Roll/Pitch/Yaw	i16，0.01 deg
TPDO4	0x480+ID	0x1803	8	四元数 W/X/Y/Z	i16，×0.0001
TPDO6	0x680+ID	0x1804	4	气压	i32，Pa
TPDO7	0x780+ID	0x1805	8	倾角仪 X/Y	i32，0.01 deg

表中 ID 为节点 ID。TPDO5 未使用，多字节字段低字节在前。出厂时所有 TPDO 周期为 0，总线上默认只有 J1939 数据。
CANopen 的比例因子与 Modbus、J1939 不同，不能套用。示例（节点 8）：帧 ID 0x188，数据 4A 00 1F 00 C8 03，加速度 X = 74 mG、Y = 31 mG、Z = 968 mG。

SDO 配置

使用 expedited SDO。主机发 0x600+ID，模块应答 0x580+ID，数据 8 字节：CS | Index_L | Index_H | SubIndex | Data0..Data3（Index 与 Data 小端）。写 4 字节用 CS 0x23，读请求用 0x40；应答 0x60 只表示报文已被接收，数值是否生效要读回确认；0x43 为 4 字节读应答，0x80 为中止。厂商对象索引为 0x2000 + 参数地址（与 Modbus、J1939 参数地址一致）。下表为节点 8、发送到 0x608 的常用报文：

操作	数据
修改节点 ID（对象 0x209C，1–127）	`23 9C 20 00 [ID] 00 00 00`
CAN 速率（对象 0x209A）：0 = 1 Mbit/s、2 = 500 kbit/s、3 = 250 kbit/s、4 = 125 kbit/s	`23 9A 20 00 [VAL] 00 00 00`
关闭 J1939 周期输出（总开关，对象 0x209D）	`23 9D 20 00 00 00 00 00`
保存配置（对象 0x2000 写 0）	`23 00 20 00 00 00 00 00`
复位（对象 0x2000 写 0xFF），可能无应答	`23 00 20 00 FF 00 00 00`
读取节点 ID	`40 9C 20 00 00 00 00 00`
TPDO1 周期 10 ms（对象 0x1800 子索引 5；0 为关闭）	`2B 00 18 05 0A 00 00 00`
心跳周期 100 ms（对象 0x1017，0 为禁用）	`2B 17 10 00 64 00 00 00`

节点 ID 与速率写入后，先保存再复位。复位后模块按新参数通信，主机随之切换速率或节点 ID，再用 SDO 读回确认。关闭 J1939 周期输出（对象 0x209D）同样要保存并复位，复位前总线上仍有 J1939 数据。
TPDO 周期和心跳是标准对象（0x1800 起、0x1017），可用 2 字节写（CS=0x2B）。其他通道的周期把 Index_L 改为 01（角速度）至 05（倾角仪），对应 0x1801 至 0x1805。设置后同样保存并读回。
恢复出厂向对象 0x2000 写 1（23 00 20 00 01 00 00 00），不要用标准对象 0x1011 代替。该命令可能无应答，以重启后能否通信判断；执行前先记录当前通信参数，见恢复出厂。

示例（节点 8，→ 发送，← 应答）：读节点 ID，再改为 9。

→ 0x608: 40 9C 20 00 00 00 00 00   read node ID
← 0x588: 43 9C 20 00 08 00 00 00   node ID = 8
→ 0x608: 23 9C 20 00 09 00 00 00   write node ID = 9
← 0x588: 60 9C 20 00 00 00 00 00   frame accepted; save, reset, then read back

两个易错点

注意

厂商对象（0x2000 起）一律用 4 字节写（CS=0x23）。2 字节或 1 字节写（0x2B、0x2F）同样收到 0x60 应答，但不保证数值生效。
复位用 NMT Reset Node（COB-ID 0x000，数据 81 <节点 ID>），也可按上表向对象 0x2000 写 0xFF。
不要使用 NMT Reset Communication：它会清零运行中的 TPDO 周期和心跳，TPDO 随即停止发送；已保存的配置不变，重启模块后恢复。

开发资源与技术支持

资源	用途	获取
CHCenter 上位机	模块连接、参数配置、数据曲线 / 姿态可视化、数据记录与回放、固件升级	下载中心
C / C++、STM32、ROS、Python SDK	按平台接收、解析和使用模块数据	驱动与例程
J1939 DBC	CAN 信号定义，便于 CAN 工具导入	CAN 数据库
固件升级	联系技术支持获取适用固件，通过 CHCenter 升级	固件升级

联系技术支持前，请先按联系技术支持前一节准备好资料。新产品和新资料的信息发布在官网和公众号上。

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姿态互转 ​

四元数转旋转矩阵 ​

右-前-上（COORD 0）— 312 旋转顺序（先 Z，再 X，最后 Y） ​

ROS（REP-103）— 321 旋转顺序（先 Z，再 Y，最后 X） ​

缩略词与术语 ​

CANopen（CAN） ​

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SDO 配置 ​

两个易错点 ​

开发资源与技术支持 ​

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