无人机之所以能够在空中自主飞行就是因（yīn）为无人（rén）机也（yě）和人类一样，也拥有一个大脑，究竟是（shì）什么（me）样的一个大脑（nǎo）才能够控制（zhì）一架（jià）飞机在（zài）空（kōng）中自（zì）动驾（jià）驶（shǐ）呢？下（xià）面劲鹰无人（rén）机来为你解答。
飞控，也称自驾仪。有了这套自驾仪，通过地面端的（de）电脑就或者手（shǒu）机就（jiù）可（kě）以（yǐ）控（kòng）制一架飞机自主起飞、自主导航、自（zì）主降（jiàng）落了。
什么是（shì）飞控呢？飞控就（jiù）是飞机飞行控制器（qì）的简称，既（jì）然（rán）是控制器，那么（me）这里边也应该有（yǒu）一台微电脑之类的来控制飞机，事实上现在（zài）的飞（fēi）控（kòng）内部除了一些传感器外还（hái）有就是多（duō）块单片机构成（chéng）。
现在的飞控（kòng）内部使用的都是由三轴陀螺仪（yí），三（sān）轴加速度计，三轴地磁传感器和气压计组成的一个IMU，也称惯性测量单（dān）元（yuán）。那么什么是三轴陀螺仪，什么是三（sān）轴加速度计，什么是三轴地磁传感器呢，气压计？它们在飞机上起到的是（shì）什么作（zuò）用呢，这三轴又是哪三（sān）个（gè）轴呢？三（sān）轴陀螺仪，三轴加速（sù）度计，三（sān）轴地磁传（chuán）感器（qì）中的（de）三轴指的就是飞机左右，前后垂直方向（xiàng）上下（xià）这三个轴，一般都用XYZ来代表。左右方向在飞机中叫做横滚，前后方向（xiàng）在飞机（jī）中（zhōng）叫做俯仰，垂直方（fāng）向就（jiù）是Z轴。陀螺都知道，小时（shí）候基本上都（dōu）玩过（guò），在不（bú）转动的情况下它很（hěn）难站在地上，只有（yǒu）转动起来了，它（tā）才（cái）会站立（lì）在（zài）地上，或者说自行车，轮子越（yuè）大越（yuè）重的车子就越（yuè）稳定，转弯的时候明显能够感觉（jiào）到一股阻力，这就是陀螺效（xiào）应（yīng），根（gēn）据陀螺效应，聪明的人（rén）们（men）发明出的陀（tuó）螺仪。最早的陀螺仪是一个高速旋转的陀（tuó）螺，通过三个灵活的轴将这个陀螺固定在一个框架中（zhōng），无论外（wài）部框架怎么转动，中（zhōng）间（jiān）高速旋转的陀螺始终保（bǎo）持一（yī）个（gè）姿态。通（tōng）过三个轴上的传（chuán）感器就能（néng）够计（jì）算出外部（bù）框（kuàng）架旋转的度数等数据。
由于成本高，机械结构的复杂，现在（zài）都被电子陀螺仪代替（tì），电子陀（tuó）螺仪的优势（shì）就是成（chéng）本低，体积小重量轻，只（zhī）有几（jǐ）克（kè）重，稳定（dìng）性（xìng）还（hái）有（yǒu）精度都比机械陀螺高。说道（dào）这，大家也就明白陀螺仪在（zài）飞控（kòng）中起到的作用了吧，它就（jiù）是测（cè）量XYZ三个轴的（de）倾（qīng）角的。那么三轴加速度计时干什么的呢，别（bié）急（jí），我来（lái）给（gěi）你解答，刚（gāng）刚说道三轴陀螺仪就是XYZ三个（gè）轴（zhóu），现在不用（yòng）说也就明白三轴加速度计也是XYZ三个轴。当我们开车起步的一（yī）瞬间就会（huì）感到（dào）背后（hòu）有一股（gǔ）推力，这股（gǔ）推力（lì）呢就是（shì）加（jiā）速度（dù），加速（sù）度是速度变（biàn）化量与发（fā）生这一变化时间的（de）比值（zhí），是描述物体变化（huà）快慢的物理量，米每二（èr）次方秒，例如一（yī）辆车在（zài）停止状态下，它的加速（sù）度是0，起（qǐ）步后，从每秒0米（mǐ）到每秒10米，用时（shí）10秒，这就是这辆车的加（jiā）速度，如果（guǒ）车速每秒10米的速度（dù）行驶，它的（de）加（jiā）速度就是0，同样，用10秒（miǎo）的时间减速，从每秒10米（mǐ）减速到每（měi）秒5米，那么它的加速就是负数。三（sān）轴加速度计就是测量飞机XYZ三个（gè）轴的加（jiā）速度（dù）。
我们日（rì）常（cháng）出行（háng）都（dōu）是根据路标或记忆来寻找自己（jǐ）的（de）面向的，地磁传感器就是感知地磁的，就是一个电子指南针，它（tā）可以（yǐ）让飞机知道自（zì）己的飞行朝向（xiàng），机（jī）头朝向，找到任务位置和家（jiā）的位置。气压计呢就是测量（liàng）当前位置的大气压，都（dōu）知道高（gāo）度（dù）越高，气压越低，这就是人道高原（yuán）之后（hòu）为什么会有高（gāo）原反应了，气压计是通过测量不同位置（zhì）的气压（yā），计算压差获得到当（dāng）前的高度，这就是整个IMU惯（guàn）性测量（liàng）单元，它在飞机中起到的作用（yòng）就是感知飞机姿态的变化（huà），例如飞机当前是（shì）前倾还是左右倾斜，机头朝向、高度等最基本的姿（zī）态数据，那么这（zhè）些数据在飞空（kōng）中起到的作用是什么呢？
飞控（kòng）最（zuì）基本的功能控制一架飞机在空中飞行时的平衡，是由IMU测量，感知飞机当前（qián）的倾角数据通过编译器编（biān）译成电子信号，将这个信号通过信号新时时传输给飞控（kòng）内（nèi）部的单片机，单片机负（fù）责的是运算，根据飞机当前的数据（jù），计算出一个补偿方向，补偿角，然后将这个补偿数据（jù）编译成（chéng）电子信号，传（chuán）输给舵机或电机，电机或舵机在去执行命（mìng）令，完（wán）成（chéng）补偿动作（zuò），然后传感器（qì）感（gǎn）知到飞机平稳（wěn）了，将实（shí）时（shí）数据再（zài）次（cì）给单片机，单片机会停止补（bǔ）偿信号（hào），这就形成了一个（gè）循环，大（dà）部分飞控基本上（shàng）都是10HZ的内循环，也就是1秒刷新（xīn）十（shí）次。这就是飞控（kòng）最（zuì）基本的功能，如果没（méi）有此功（gōng）能，当（dāng）一个（gè）角（jiǎo）一旦倾斜（xié），那么（me）飞（fēi）机就会快速（sù）的失去平衡导致坠机，或者说没有气压计测量不到自己的高度位（wèi）置就（jiù）会一直加（jiā）油（yóu）门或者一（yī）直降油门。其次，固定翼飞控还有空速传感器，空速传感器一般位于机翼上或机（jī）头，但不会在螺（luó）旋桨后边，空速传感器就是两路测量气压（yā）的传（chuán）感器，一路测量静止气压，一（yī）路测量迎风气压，在计算（suàn）迎风气压与静止气压的压差就可（kě）以算出当前（qián）的空气流速，一般（bān）是m/s。
有了最基本的平衡、定高和指南针等功能，还不足以让一家飞（fēi）机能（néng）够自主导航，就像我们去某个商场一样（yàng），首先我们需要知道商场的（de）所在位置，知（zhī）道自己所（suǒ）在的位置，然（rán）后（hòu）根据交通情况规划路线。飞（fēi）控也亦然（rán），首先飞控（kòng）需要知道自己（jǐ）所在位置（zhì），那（nà）就需要定位（wèi）的（de），也就是我们常说的GPS，现在定位的有GPS、北斗、手机网（wǎng）络等定位系统，但是这里面手机网络定位是最差的，误差好（hǎo）的话几（jǐ）十米，不好的话上千（qiān）米（mǐ），这（zhè）种误差是飞控无法接（jiē）受的，由于GPS定位系统较早，在加上是（shì）开放的（de），所（suǒ）以（yǐ）大部分飞控采用的都是GPS，也有少（shǎo）数采用的北斗定位。精度基本都在（zài）3米内，一般开阔地（dì）都是50厘米左右，因（yīn）环境干扰，或建筑物、树木之类的遮挡，定位可（kě）能会差，很有可能（néng）定位的是虚（xū）假信号。这也就是为什么民用无人机（jī）频频坠机（jī）、飞（fēi）丢（diū）的一个主要原因。
GPS定位原（yuán）理就是三点定位（wèi），天上的（de）GPS定位卫星距（jù）离地球（qiú）表面（miàn）22500千（qiān）米处，它们所运动的轨道正好形（xíng）成（chéng）一个（gè）网状（zhuàng）面，也（yě）就是说在（zài）地（dì）球上的任意一点，都有可以同时收（shōu）到3颗以上（shàng）的卫星信号。卫星（xīng）在运动的过程中会（huì）一直不断的发出电波信号，信号（hào）中包含数据包，其（qí）中就有时间信号。GPS接收机通过（guò）解算来自多颗卫星的数据（jù）包（bāo），以及时间信（xìn）号，可以清楚（chǔ）的计算出自己与每一颗卫星的距离，使（shǐ）用三角向量关系（xì）计算出自（zì）己所在的位置（zhì）。GPS也定位了，数（shù）据（jù）也有了，这个信号也会（huì）通过一（yī）个编译器在次（cì）编译成（chéng）一个电子（zǐ）信号传给（gěi）飞（fēi）控，让（ràng）飞控知道（dào）自己所在的位置、任务（wù）的位（wèi）置和距离、家的位置和距离以及当（dāng）前的（de）速度和高度，然后再由飞控驾驶飞机（jī）飞向（xiàng）任务位置或回家。刚刚我们也说了，GPS能够测速也能够测高度，为什么（me）要有气（qì）压计和空速计呢（ne）？这就是为了消（xiāo）除误差，飞机飞（fēi）起（qǐ）来是不与地面（miàn）接触的，直接（jiē）接触的是空气，假（jiǎ）设（shè）飞（fēi）行环境是无风的环（huán）境，飞机在地面滑（huá）跑（pǎo）加速（sù），加（jiā）速到每秒20米（mǐ）的速（sù）度（dù）然后再拉升降舵起（qǐ）飞，这样GPS测量（liàng）到的数值是准确的（de），但（dàn）是要是逆（nì）风呢，是因为机翼与空气相对（duì）的（de）运（yùn）动达（dá）到了一定的（de）速度（dù）才能够产（chǎn）生一定的升（shēng）力让（ràng）飞机起飞，如（rú）果在逆风环境下，风速每秒10米，飞机只需要加速到每秒10米就可以正常离（lí）地了，如果（guǒ）加速（sù）到每秒20米，相对空气的速度已经达（dá）到了每秒30米，或者说（shuō）顺风起（qǐ）飞，风速每（měi）秒20米，飞机（jī）GPS测速也达到了20m/s的速度（dù），这个时候拉升降舵，飞机（jī）动都不会（huì）动，因为（wéi）相（xiàng）对空气速度（dù）是0米，达不到（dào）起（qǐ）飞条件，必须加速（sù）到每秒40米的时（shí）候才（cái）能达到升力起飞。这就是空（kōng）速计的（de）作用，GPS测量的只（zhī）是地速，刚刚降到（dào），GPS也可以定高，第一GPS定位精（jīng）度是3米内，也就是说飞控能感知到（dào）的是平面方向的两倍误差，信（xìn）号不好的话十（shí）几米都有（yǒu）可（kě）能（néng），还（hái）有GPS不定位（wèi）的时候，另外GPS定（dìng）高（gāo）数据是海拔高度并不是（shì）地面垂直高度（dù），所以GPS定高在飞控中不管用（yòng）。有了（le）GPS飞控也知道飞机（jī）位（wèi）置（zhì）了，也知（zhī）道家的位置和任（rèn）务位置，但是飞控上的任务（wù）以及家的位置飞控是怎（zěn）么（me）知（zhī）道的呢，这就是地面站的作（zuò）用。
地面站，就是在地面的基站，也就（jiù）是（shì）指挥飞（fēi）机（jī）的，地面站可（kě）以分为单点（diǎn）地（dì）面站（zhàn）或者多（duō）点地面站，像民航机场就是地面站，全国甚至全球所有的地（dì）面站都（dōu）在时时联网，它们能够（gòu）清楚的知道天上在飞行的飞机，并能（néng）时时监（jiān）测到飞机当前的（de）飞行路线（xiàn），状况等，以及（jí）时时的调度（dù）等。像我们用的无人机大（dà）部分都是单点地面站，单点地（dì）面（miàn）站一般由（yóu）一到（dào）多（duō）个人值（zhí）守，有技术员，场务人员，后（hòu）勤（qín）员，通信员（yuán），指挥员等人组成。
地面（miàn）站设备组成（chéng）一（yī）般都是由（yóu）遥控（kòng）器、电（diàn）脑、视频（pín）显示器，电源系统，电台等设备组成，一般简单的来（lái）说就是一台电脑，一个电台，一个遥控，电脑（nǎo）上（shàng）装有（yǒu）控制飞机的软件，通（tōng）过航线规划（huá）工具规划飞机（jī）飞行（háng）的线路，并设定飞行（háng）高度（dù），飞行速度，飞行地（dì）点（diǎn），飞行任务等通过数（shù）据口连接的数传（chuán）电台将任务数据（jù）编译传送至（zhì）飞控中（zhōng），这里就有（yǒu）讲到数传电台（tái），数传电台（tái）就是数据传输电台，类似我们（men）最和（hé）耳朵一（yī）样，好比领导说今天做（zuò）什么（me）任务（wù），我们接受到任（rèn）务并回答然后（hòu）再（zài）去（qù）执行任务，执行（háng）任务的时候时实情况实（shí）时（shí）汇（huì）报给领（lǐng）导（dǎo），这其中通信就是嘴巴和耳朵。
数传电台就（jiù）是（shì）飞机与地面站通信的一个主要工具，一（yī）般的数传电台采用（yòng）的接口协（xié）议有TTL接（jiē）口、RS485接口（kǒu）和RS232接口，的不过也有一些CAN-BUS总线（xiàn）接（jiē）口，频率（lǜ）有2.4GHZ、433MHZ、900MHZ、915MHZ，一般433MHZ的较多，因为（wéi）433MHZ是个（gè）开（kāi）放的频段，再（zài）加（jiā）上433MHZ波长较长，穿透力强（qiáng）等优势所以大部分民用（yòng）用户一般都是用（yòng）的433MHZ，距离在5千（qiān）米到（dào）15千米不（bú）等，甚至更远。最终（zhōng）达（dá）到的就（jiù）是飞机与电脑（nǎo）间的（de）通讯，电脑给飞机的任务，飞（fēi）机时时飞行高度（dù），速度等很多数据都会通过它（tā）来传输。以方便（biàn）我们时时监控飞（fēi）机情（qíng）况（kuàng），根据需要随时（shí）修（xiū）改飞机航向。
整（zhěng）套无人机飞控（kòng）工作原（yuán）理就是地面站开（kāi）机，规（guī）划航线，给飞控开机，上传航线至飞控，再设（shè）置自（zì）动起飞及降落参数，如起（qǐ）飞时离地速度（dù），抬（tái）头角度（dù）（起飞（fēi）攻角，也称迎角），爬（pá）升高度，结束高度，盘旋半径或直（zhí）径，清空空速计（jì）等，然后（hòu）检查飞控中（zhōng）的（de）错（cuò）误、报警，一（yī）切正常，开始起飞，盘旋几周后在开始（shǐ）飞向任务点，执行任务，最后在降落，一（yī）般（bān）郊（jiāo）外（wài）建议伞降或手动滑降，根（gēn）据场地选择。飞（fēi）机在（zài）飞（fēi）行（háng）过程中如果偏离航（háng）线，飞控就会一（yī）直纠正这个错误（wù），一直修正（zhèng），直到复位为止。
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