无人机之所（suǒ）以（yǐ）能够在空（kōng）中自主飞行就是（shì）因为无人机也和人类一（yī）样，也拥（yōng）有一（yī）个大脑（nǎo），究竟是什（shí）么样的一个大脑才能够控制一架飞（fēi）机在空中自动驾驶呢？下面劲鹰（yīng）无人机来为你解答。
飞（fēi）控，也称自驾仪。有了（le）这套（tào）自驾仪，通过地（dì）面端的电脑就（jiù）或者手机就可以控制一架飞机自主起飞、自主（zhǔ）导航（háng）、自主降落了（le）。
什么（me）是飞（fēi）控呢？飞控就（jiù）是飞机飞行控（kòng）制（zhì）器的简（jiǎn）称，既然（rán）是（shì）控（kòng）制器，那么（me）这里边也应该（gāi）有一（yī）台微电脑（nǎo）之类的来控（kòng）制飞（fēi）机，事（shì）实上现在的飞（fēi）控内部除了一些传感（gǎn）器外还有就是多块单片机构成（chéng）。
现在（zài）的飞控（kòng）内部使用的都是由（yóu）三轴（zhóu）陀螺仪，三轴加速度计，三轴地磁传感器（qì）和气压计组成的一个IMU，也称惯性测（cè）量（liàng）单元。那么什么是三轴陀螺仪，什么（me）是三轴加速度计，什么是三轴（zhóu）地磁（cí）传（chuán）感（gǎn）器呢（ne），气压计？它们在飞机（jī）上起到的是什么作用呢，这三轴又是哪三个轴呢？三（sān）轴陀螺仪，三轴（zhóu）加速度计，三轴地磁传感器中的三轴指的（de）就（jiù）是飞机左右（yòu），前后（hòu）垂（chuí）直（zhí）方向（xiàng）上下（xià）这三个轴，一般都（dōu）用XYZ来代表。左右方向在飞机中叫（jiào）做（zuò）横滚，前后方向在飞机中叫做俯仰，垂直方向就是Z轴。陀螺都知道，小时（shí）候基本（běn）上都玩过（guò），在（zài）不转动的（de）情（qíng）况下它很难站（zhàn）在地上，只有转动起来了，它才会站立在（zài）地上，或者说自行车，轮子越大越重的车子就（jiù）越稳定（dìng），转弯的时（shí）候明显能够感觉（jiào）到一股阻力（lì），这就是陀（tuó）螺效应（yīng），根据陀螺效应，聪明的人们发（fā）明出的陀螺仪。最早的陀（tuó）螺仪（yí）是一（yī）个高速旋转的陀螺，通过三个灵（líng）活的轴将这个陀螺固定在（zài）一个框架（jià）中，无论外部框架怎么转动，中间（jiān）高速旋转的陀（tuó）螺始终保持一个姿（zī）态。通过三个轴（zhóu）上的（de）传（chuán）感器就能够计算出外部框架旋转的度数等（děng）数据。
由于成本高，机械结构的复（fù）杂，现在（zài）都（dōu）被电子陀螺（luó）仪代替，电子陀螺仪的优势就是成本低（dī），体积小重量轻（qīng），只有（yǒu）几克重，稳定性还有精度都比机械陀螺高。说道这，大家也就（jiù）明白陀螺仪在飞控中（zhōng）起到（dào）的作（zuò）用了吧，它就是测量XYZ三个轴的倾角的。那么三轴加速度计时干什（shí）么的呢，别急（jí），我来给你（nǐ）解答，刚刚说道三（sān）轴陀螺（luó）仪（yí）就是XYZ三个轴，现在不用说（shuō）也就明（míng）白三轴加（jiā）速度（dù）计也（yě）是XYZ三个轴。当我们开车起（qǐ）步（bù）的（de）一瞬间就会感到背后有一股推（tuī）力，这股推（tuī）力呢就是加速（sù）度（dù），加速度（dù）是速度变化（huà）量与发生这（zhè）一（yī）变化时间（jiān）的比值，是描（miáo）述物体变化快慢的物理量，米每二次方秒，例如一辆车在停止状态下，它的（de）加（jiā）速度是0，起步后，从（cóng）每秒0米到每秒10米，用时（shí）10秒，这就是这辆（liàng）车的加速度，如果车速（sù）每秒10米的速度行驶，它的加速度就是0，同样，用10秒（miǎo）的时间（jiān）减速（sù），从每秒10米（mǐ）减速到每秒5米，那么它（tā）的加（jiā）速就是（shì）负数。三轴加速度（dù）计就（jiù）是（shì）测（cè）量飞机XYZ三个轴的（de）加速（sù）度。
我们日常出行（háng）都是（shì）根据路（lù）标或记忆来寻找自（zì）己的面向的（de），地磁（cí）传感器就是（shì）感知地磁（cí）的，就（jiù）是（shì）一个电子指南针，它可以让飞机（jī）知道自己的飞行朝（cháo）向，机头朝向，找（zhǎo）到（dào）任务（wù）位置和（hé）家的位置。气压（yā）计呢就（jiù）是测量当前位置的大气（qì）压，都知道（dào）高度越高（gāo），气压越低，这就是人（rén）道高原之后为什么会有高（gāo）原反应了，气压计是通过测量（liàng）不同位置的气压（yā），计算压差获得到当前的高度，这就（jiù）是（shì）整（zhěng）个IMU惯性测量单元，它在飞机（jī）中起到的（de）作（zuò）用（yòng）就是感知飞（fēi）机（jī）姿态的变化，例如飞（fēi）机当（dāng）前是前倾（qīng）还是左右倾斜，机头朝向（xiàng）、高度（dù）等最基本的姿态数据，那么这些数据在（zài）飞空中（zhōng）起到（dào）的作用是什么呢？
飞控最基本（běn）的功能控制一（yī）架飞机（jī）在空中飞（fēi）行时（shí）的平衡，是由IMU测量，感知飞机当前的倾角数据通（tōng）过编（biān）译器（qì）编译成（chéng）电子信号（hào），将这（zhè）个信号通过（guò）信号新时时传输（shū）给飞控内部的单片机，单片（piàn）机负责的（de）是运算，根据飞机当前的数据，计算出一个补（bǔ）偿方向，补偿角，然后将这（zhè）个（gè）补偿数据编译成电子信号，传输（shū）给舵机或电机（jī），电机或（huò）舵机在去执行命令，完成补偿动作，然后传感器感知到飞机平（píng）稳了，将实时数据再次给单片机（jī），单片机（jī）会停止补偿（cháng）信号，这就形成了一个循环，大部分飞控基本上都（dōu）是10HZ的内循环，也就（jiù）是1秒刷新十次。这就是飞控最基本的（de）功能，如果没有（yǒu）此功能，当一个（gè）角一旦倾斜，那么飞机就会快速的失去平（píng）衡（héng）导致坠机（jī），或（huò）者说没有气压（yā）计测（cè）量不到自己（jǐ）的高度（dù）位置就会一（yī）直（zhí）加油门或者一直降油（yóu）门。其次，固定翼飞控还（hái）有（yǒu）空速传感器，空速传感（gǎn）器（qì）一般位（wèi）于机翼上或机头，但不会在螺（luó）旋桨后边，空（kōng）速传感器就是两路测（cè）量（liàng）气压的传（chuán）感（gǎn）器，一（yī）路（lù）测量静止气压，一路（lù）测量迎风气压（yā），在计（jì）算迎（yíng）风气压（yā）与静止气压的压差就可以算出（chū）当前（qián）的空（kōng）气流速，一般是m/s。
有了最（zuì）基本（běn）的平衡、定高和（hé）指南（nán）针等功能，还不足（zú）以让（ràng）一家（jiā）飞机能够自主导航，就像我们去某个（gè）商场一样，首先我们（men）需要（yào）知道商场的所（suǒ）在位置，知道自己所在的位（wèi）置，然后根据交通情况规划路线。飞控也亦然，首先飞（fēi）控需要知道自己所在位置，那就需要定位的，也就（jiù）是我们常说的GPS，现在定（dìng）位的有（yǒu）GPS、北斗、手（shǒu）机网络（luò）等定（dìng）位系统，但是（shì）这里面手机网络（luò）定位是（shì）最差的，误差好的话几十（shí）米（mǐ），不好的话（huà）上（shàng）千米，这种误（wù）差（chà）是（shì）飞控无法（fǎ）接受（shòu）的，由于（yú）GPS定位系统较（jiào）早，在加上是（shì）开放的，所以大部分飞控采用（yòng）的都是GPS，也有（yǒu）少数采用的北斗定位。精度（dù）基（jī）本都在3米内，一般开阔地都是50厘米左右，因环（huán）境干扰，或建筑物、树木之类的（de）遮挡，定位可能会差，很有可能定位的是虚假信号。这也就是为（wéi）什么民用无人机（jī）频频坠机、飞丢的（de）一个主要（yào）原因。
GPS定（dìng）位原理就是三（sān）点（diǎn）定位，天（tiān）上的GPS定位卫星（xīng）距离地球（qiú）表面22500千米处（chù），它（tā）们（men）所运动的轨道正好形成一个网状面，也（yě）就是说在（zài）地（dì）球上的任意一（yī）点（diǎn），都有（yǒu）可（kě）以同时收到3颗以上（shàng）的卫星信号。卫星在运动的过程中会（huì）一直不断的发出电波（bō）信（xìn）号，信号中包含数据包，其中就有（yǒu）时（shí）间信（xìn）号（hào）。GPS接收机通过解算来自多颗卫星的数据包，以（yǐ）及时间信号（hào），可（kě）以（yǐ）清（qīng）楚的计（jì）算出（chū）自己与每一（yī）颗卫星的距（jù）离，使（shǐ）用三角向量关系（xì）计算出自己所（suǒ）在（zài）的位置。GPS也定位了（le），数（shù）据也有了，这个信号也会通（tōng）过一个编译器在次编译成一个电子信号传给飞控，让飞控知（zhī）道自己所在的位（wèi）置、任务的位置和距离、家的位（wèi）置和距离（lí）以及当前的速度（dù）和高度，然后再由飞控驾驶飞机飞（fēi）向任务（wù）位置或回家。刚刚我们（men）也说了（le），GPS能（néng）够测速也能够（gòu）测高度，为什么要有气压计和空速计（jì）呢？这就是为了（le）消除误差，飞（fēi）机飞起来是（shì）不与地面接触的，直接（jiē）接（jiē）触的（de）是空气，假设飞行（háng）环境是无风的环境，飞机在地面滑跑加速，加速（sù）到每秒（miǎo）20米的速度然（rán）后再拉升降舵起飞，这（zhè）样GPS测量到的数（shù）值是准（zhǔn）确的，但是要是逆（nì）风呢，是因为机（jī）翼（yì）与空气相对的运动（dòng）达到了一定（dìng）的速度（dù）才能（néng）够产生一定的升力让飞机起飞，如果在逆（nì）风环境下，风速每秒10米，飞（fēi）机只需要加速到每（měi）秒10米就可以正常离地了（le），如果（guǒ）加速到每秒20米（mǐ），相对（duì）空气的（de）速度已经达（dá）到了每秒30米（mǐ），或者说顺风起飞（fēi），风（fēng）速每秒20米，飞机GPS测（cè）速（sù）也达到了20m/s的速度，这（zhè）个时候拉（lā）升降（jiàng）舵，飞机（jī）动都不会动，因为相对（duì）空气速（sù）度是0米，达不到起（qǐ）飞条件（jiàn），必须加速（sù）到每秒40米的时候才能达到升力起飞。这就是空速计的（de）作用，GPS测量的只是地速（sù），刚（gāng）刚降（jiàng）到，GPS也可以（yǐ）定高（gāo），第一GPS定位精（jīng）度是3米内，也就是说飞控能（néng）感知到的是平面（miàn）方向的（de）两倍误差，信号（hào）不好的话十几米都有可能，还有GPS不定位的时候，另外GPS定（dìng）高数据是海拔（bá）高度并不是地（dì）面垂直（zhí）高度（dù），所（suǒ）以（yǐ）GPS定高在飞控中不管用。有了GPS飞控也知道飞（fēi）机位（wèi）置（zhì）了，也知道家的位置和任务位置，但是飞控上的（de）任务（wù）以及家的位置飞控（kòng）是怎么知道的呢（ne），这就是地面站（zhàn）的作用。
地面（miàn）站，就是在（zài）地面的基站（zhàn），也就是指（zhǐ）挥飞机的，地面站（zhàn）可（kě）以分为单（dān）点地面站或者多点（diǎn）地（dì）面站，像民航机（jī）场就是地（dì）面站，全（quán）国甚至全球所有的地面站都在（zài）时时联网，它们能够清楚的知道天上（shàng）在（zài）飞行的（de）飞（fēi）机，并能时时监测到（dào）飞机当前的飞行路线，状况等，以及（jí）时时（shí）的调度（dù）等。像（xiàng）我们（men）用的无人机大部（bù）分都是单点地面站，单点（diǎn）地面站一（yī）般由一到多个人值守，有（yǒu）技术员，场（chǎng）务人员，后勤（qín）员，通信员（yuán），指挥（huī）员等（děng）人组成（chéng）。
地面站设备组成一（yī）般都是由（yóu）遥控（kòng）器、电脑、视频（pín）显示器（qì），电源系统，电台等设备组成，一般简单的来说就是（shì）一（yī）台（tái）电脑，一个电台，一个遥（yáo）控，电脑上装有控（kòng）制飞机的软件，通过航线（xiàn）规划（huá）工具规（guī）划飞机飞行的线路，并设定飞行高（gāo）度，飞行速度，飞行地点，飞（fēi）行任务等（děng）通过数据口连接的（de）数传电台将任务数据编（biān）译传送至飞控中，这（zhè）里就有讲到数传电台，数传电台就（jiù）是数据传输电台，类似我（wǒ）们（men）最和耳朵一样，好比领导说今天做什么（me）任务，我们接受（shòu）到任务并回（huí）答然后再去（qù）执（zhí）行任务（wù），执行任务（wù）的时候时（shí）实情况实时汇报给领导，这其（qí）中通信就是嘴（zuǐ）巴（bā）和耳朵。
数（shù）传电台就是飞机与地面站通信（xìn）的一（yī）个（gè）主要工具，一（yī）般的数传电台采（cǎi）用的接（jiē）口协议有TTL接口、RS485接口和（hé）RS232接（jiē）口，的（de）不过也有一（yī）些CAN-BUS总线接口（kǒu），频率有2.4GHZ、433MHZ、900MHZ、915MHZ，一般433MHZ的较多，因为433MHZ是个开放的频段，再（zài）加上433MHZ波长（zhǎng）较长，穿透力（lì）强等优势所以大（dà）部分民用用户一般都（dōu）是用的433MHZ，距离（lí）在（zài）5千米到15千米不等，甚至更远。最终达到的就是飞机与电脑间的通讯（xùn），电脑（nǎo）给飞机的任务，飞机（jī）时时飞行（háng）高度，速度等很多数（shù）据都会（huì）通过它来（lái）传（chuán）输。以方（fāng）便我们时时监控飞机情况（kuàng），根据需要随时修（xiū）改飞（fēi）机（jī）航向。
整套无人机飞（fēi）控工（gōng）作（zuò）原理就是地面站（zhàn）开机（jī），规划航（háng）线，给（gěi）飞控开机，上传航线至飞控，再设置（zhì）自动起飞及降（jiàng）落参数，如起飞时离地速度，抬头角（jiǎo）度（起（qǐ）飞攻角，也（yě）称迎角），爬升高度，结束（shù）高（gāo）度，盘（pán）旋半（bàn）径或直径，清空空速计等，然后检查飞控中的错误、报警，一切正（zhèng）常（cháng），开始起飞，盘旋几周后（hòu）在开始飞向任务点，执（zhí）行任务，最后在降落，一般郊外建议（yì）伞降（jiàng）或手（shǒu）动（dòng）滑降，根据场地选择。飞机在飞行过程中（zhōng）如（rú）果偏离（lí）航线，飞（fēi）控就会一直纠正这个错误，一直修正，直到复位为止。
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