无（wú）人机之所以能够在空中自主（zhǔ）飞行就是（shì）因（yīn）为无人机也和人（rén）类（lèi）一样，也拥有一个大脑，究竟是什么样的一个大脑才能够控制一架飞机（jī）在（zài）空（kōng）中自动（dòng）驾驶呢？下（xià）面劲鹰无人机（jī）来为（wéi）你解（jiě）答。
飞控，也称自驾仪（yí）。有了（le）这套自驾（jià）仪，通过地面端的电脑就（jiù）或（huò）者手机就（jiù）可以控制一架飞机自主（zhǔ）起（qǐ）飞、自主（zhǔ）导航、自主降落了。
什么是飞控呢（ne）？飞控就是飞机飞行（háng）控制器的（de）简称（chēng），既（jì）然是控（kòng）制器，那么这里（lǐ）边也（yě）应该（gāi）有（yǒu）一台微电脑（nǎo）之类的来控制飞机，事（shì）实上现在（zài）的飞控（kòng）内部除了（le）一（yī）些传感（gǎn）器外还（hái）有就是多块单（dān）片机构成。
现在的飞控内（nèi）部使用（yòng）的（de）都是（shì）由三轴陀螺仪，三轴加速度计，三轴地磁传感器和气压计（jì）组成的一个IMU，也称惯性（xìng）测量单元。那么什么（me）是三轴陀螺仪，什么（me）是（shì）三（sān）轴加速度计，什么是三轴地磁传感器呢（ne），气压计？它（tā）们在飞机上起到的是什么作（zuò）用呢，这三轴又是哪（nǎ）三个轴呢？三轴陀螺仪（yí），三（sān）轴加速度计（jì），三轴地（dì）磁传感器中的三轴指的就是飞（fēi）机（jī）左右，前后垂直方向上下这三个轴，一般（bān）都用（yòng）XYZ来代表。左右方向在飞机中叫做横滚，前后方向（xiàng）在飞（fēi）机中叫（jiào）做俯（fǔ）仰，垂直方（fāng）向就是Z轴。陀螺都知（zhī）道，小时候基本上都玩过，在（zài）不转动的情况（kuàng）下它很（hěn）难（nán）站在地上，只有转（zhuǎn）动（dòng）起来了，它才会（huì）站立在地上，或者说自（zì）行车，轮子越大越重的车子就越稳定，转（zhuǎn）弯的时候明显（xiǎn）能够感（gǎn）觉到（dào）一股阻（zǔ）力，这（zhè）就是陀螺（luó）效应，根据陀螺效应，聪明（míng）的（de）人们发（fā）明出的陀螺仪。最早的陀（tuó）螺仪是一个（gè）高速旋转的陀螺，通过三个（gè）灵活（huó）的轴将这个陀螺固定在一个框架中，无论外部（bù）框架怎（zěn）么转（zhuǎn）动，中间高速旋转的陀螺始终保持一个姿态。通（tōng）过三个轴（zhóu）上的传感器（qì）就能够计（jì）算出外部框架（jià）旋转的（de）度数等数据。
由于成本高，机械结构（gòu）的复杂，现在都被电子陀螺仪代替，电子陀螺仪的优势就是成本低，体（tǐ）积小（xiǎo）重量轻，只（zhī）有几克（kè）重，稳（wěn）定（dìng）性还有精度（dù）都比（bǐ）机械（xiè）陀螺高。说道这，大（dà）家也就明（míng）白（bái）陀螺仪在（zài）飞控中起到的（de）作用了吧（ba），它就是测量XYZ三个轴的倾（qīng）角的。那（nà）么三轴（zhóu）加速（sù）度计（jì）时干什么的呢，别急（jí），我来给你解答，刚刚说（shuō）道三轴陀螺仪就是XYZ三个轴，现在不用（yòng）说也（yě）就明白三轴加速度计也是（shì）XYZ三个轴。当我们开车起步的（de）一瞬间（jiān）就会感到背后有一股推力，这股推（tuī）力呢（ne）就（jiù）是加（jiā）速（sù）度，加（jiā）速度是速度（dù）变化（huà）量（liàng）与发生这一变化时间的比值（zhí），是描述（shù）物体变化（huà）快（kuài）慢的物理量，米每（měi）二次方（fāng）秒，例如一辆车在停止状态下，它的加（jiā）速度是0，起（qǐ）步后，从每秒0米（mǐ）到每秒10米，用时10秒，这就是这辆车的加速度（dù），如果车速每（měi）秒10米的速度行（háng）驶，它的（de）加速度就是0，同样，用10秒的时间减（jiǎn）速（sù），从每秒（miǎo）10米减速到每秒5米，那么它的加速就是负数。三轴（zhóu）加速度计（jì）就（jiù）是（shì）测量飞（fēi）机XYZ三个轴的加速（sù）度。
我们日（rì）常（cháng）出行都是根据路标或记忆来寻找自己的面向的，地磁传（chuán）感器就是感（gǎn）知地磁的，就是一个电子指南针，它可以让飞机知道自己的（de）飞行（háng）朝向，机头（tóu）朝向，找到（dào）任务位置（zhì）和家的位置。气压（yā）计（jì）呢就是测量当前位置的（de）大（dà）气（qì）压，都知道高（gāo）度越高，气压（yā）越低，这就是人道高原之后为什么会有高（gāo）原反应（yīng）了，气压计是通过测量不同位置（zhì）的气压，计（jì）算压差获得到当（dāng）前的高度，这（zhè）就（jiù）是整个IMU惯性测量单元，它在飞机中起到的作用就是（shì）感知（zhī）飞机姿（zī）态的（de）变（biàn）化，例如飞机当前是前倾还是左右倾斜，机（jī）头（tóu）朝（cháo）向、高度等最基本的姿（zī）态数据，那么这些数据在飞空（kōng）中起到（dào）的作（zuò）用是什么呢？
飞控最基本（běn）的功能控（kòng）制一（yī）架（jià）飞机在空（kōng）中飞行时（shí）的平衡，是由IMU测量，感（gǎn）知飞机当前的倾角数据（jù）通过编译器编译（yì）成电子（zǐ）信号，将（jiāng）这个（gè）信号通过信号（hào）新时时传（chuán）输给飞控内部（bù）的单片机，单片机负责的是运算，根据飞机当前的数（shù）据，计算出一个补偿方（fāng）向，补（bǔ）偿角，然后将这（zhè）个补偿数据（jù）编译成电子（zǐ）信号，传输（shū）给舵机或电（diàn）机，电机或舵机（jī）在去执行命令，完成补偿动作，然（rán）后传感器感知到飞机平稳了，将实（shí）时数据（jù）再次（cì）给单片机（jī），单片（piàn）机会停止补偿信号，这就形成了一（yī）个循环，大部分（fèn）飞控基本上都是10HZ的内循环，也就是（shì）1秒刷新十（shí）次。这就是飞控最基本（běn）的功能，如果没有此（cǐ）功能（néng），当（dāng）一个（gè）角一旦倾斜，那（nà）么飞机（jī）就会快速的（de）失去（qù）平衡导致坠（zhuì）机（jī），或者（zhě）说没有气压计测量不到自己（jǐ）的高度位置就会一直（zhí）加油门或（huò）者一直（zhí）降（jiàng）油门。其次，固定翼飞控还有（yǒu）空速传感器，空速传感器一般（bān）位（wèi）于机翼上或机头，但不（bú）会（huì）在螺旋桨后边（biān），空速传感器就是两路测（cè）量气压的传感器，一路测量静止气压，一路（lù）测量迎风气压，在计算迎风（fēng）气（qì）压与静止气（qì）压的压差就可以（yǐ）算出当前的空（kōng）气流速（sù），一般是m/s。
有了最基本的平衡（héng）、定高和指南（nán）针等功能，还不（bú）足以让一家飞机能够（gòu）自主（zhǔ）导航，就像（xiàng）我（wǒ）们（men）去某个商场一（yī）样，首先我们需要知道商场的（de）所（suǒ）在位置，知道自（zì）己所在的位置（zhì），然后根据交通情况（kuàng）规划路线。飞控也亦然（rán），首（shǒu）先飞控需（xū）要知道自（zì）己所（suǒ）在位置，那就需要定位的，也（yě）就是我们常说的GPS，现在定位（wèi）的有GPS、北斗（dòu）、手机网络等定位系统（tǒng），但是这里面手机网络定位是最差的，误差（chà）好的话（huà）几十（shí）米，不好（hǎo）的话上（shàng）千米，这（zhè）种误差是飞控无法接受的，由（yóu）于GPS定位系统较早，在（zài）加上（shàng）是开放的（de），所以大部分飞控采（cǎi）用的都是GPS，也有（yǒu）少数采用的北斗（dòu）定位。精（jīng）度基本都在3米内，一般开阔地都（dōu）是50厘米左右，因环境干扰（rǎo），或建筑物（wù）、树（shù）木之类的遮挡，定位可（kě）能会差，很有可能定（dìng）位的是虚假信号。这也（yě）就是为什么民用无人（rén）机频频坠机、飞（fēi）丢的（de）一（yī）个主要原因。
GPS定位原理就是三（sān）点定位，天上的GPS定（dìng）位卫星距离地球（qiú）表面22500千米处，它们所运动的轨道正（zhèng）好（hǎo）形成一个网状面，也就（jiù）是说在地球上的任（rèn）意一点，都有（yǒu）可以同时收到3颗以上的卫星（xīng）信号。卫星（xīng）在运（yùn）动的过程中（zhōng）会一直不断的发出电波信号（hào），信号中包含数据包，其中就有时间信（xìn）号。GPS接收机通（tōng）过解算来（lái）自多颗卫星的数据包，以及（jí）时（shí）间信号（hào），可以清（qīng）楚（chǔ）的计算出（chū）自己（jǐ）与每一颗卫星的距离，使（shǐ）用三角（jiǎo）向（xiàng）量关系计算出（chū）自己（jǐ）所在的（de）位（wèi）置。GPS也定位了，数据也有（yǒu）了，这个信号也会通（tōng）过一个编译器在次编译（yì）成一个电子（zǐ）信（xìn）号传给飞控，让飞控知道自己所在的（de）位置、任务的（de）位置和距（jù）离（lí）、家的（de）位（wèi）置和距离以及（jí）当前的速度和高度，然（rán）后再由飞控驾驶飞机（jī）飞向任务位置（zhì）或回家。刚刚我们也说了，GPS能够测速也能够测高度，为（wéi）什么要有气压（yā）计（jì）和（hé）空速计呢？这就（jiù）是为了消除误差，飞机飞起来是不与地面接触的（de），直接接触的是空气，假设（shè）飞（fēi）行环境是无风的环境，飞（fēi）机在地面滑跑加速，加速到每秒20米（mǐ）的速度然后再拉升降舵起飞（fēi），这样（yàng）GPS测量到的数值是准确（què）的，但是要（yào）是逆风呢（ne），是因为（wéi）机翼与空气相对（duì）的运动（dòng）达到了一定的速度才能（néng）够（gòu）产（chǎn）生（shēng）一定的升（shēng）力让飞机起飞，如（rú）果在（zài）逆风环境（jìng）下，风速每秒（miǎo）10米（mǐ），飞机只需（xū）要加速到每（měi）秒10米（mǐ）就可（kě）以正常离地了，如果加速（sù）到每秒20米，相对空气的速度（dù）已经（jīng）达（dá）到了每秒30米，或者说顺风起飞，风速每秒20米，飞机GPS测速也达到了20m/s的速度（dù），这个（gè）时（shí）候拉升降舵，飞机动都不会（huì）动，因为相对空（kōng）气速度是0米（mǐ），达不（bú）到起（qǐ）飞条（tiáo）件，必须加速到（dào）每秒40米的时候才能达到升力起飞。这就是空速计的作用，GPS测量的只是地速，刚刚降到，GPS也可以（yǐ）定高（gāo），第一GPS定位精（jīng）度是3米（mǐ）内（nèi），也（yě）就是说飞控能（néng）感知到（dào）的是平（píng）面（miàn）方向的两倍误差，信号不好的话十几米都有可能，还有GPS不定位的时（shí）候，另外GPS定高数据是海拔（bá）高度并不（bú）是（shì）地面垂直高度，所以GPS定高在飞控中不（bú）管用。有了（le）GPS飞控也知道飞机位置了，也知道家（jiā）的位（wèi）置和任务位置，但是飞（fēi）控（kòng）上的任务以及家的位置飞控是怎么知道的呢，这就是地（dì）面站（zhàn）的（de）作用。
地面站，就是在地面的基站，也就是指挥飞机的，地面站可以分为（wéi）单点地面站或（huò）者多点地面站，像民航（háng）机场（chǎng）就是地面站（zhàn），全国甚（shèn）至全球所（suǒ）有的地面站（zhàn）都（dōu）在时时联网（wǎng），它们能够（gòu）清楚的知道（dào）天上在飞行的飞机，并（bìng）能时（shí）时监测到飞机当前（qián）的飞行路线（xiàn），状（zhuàng）况等，以及（jí）时时的调度等。像我们用的无人（rén）机大部分（fèn）都是单点地面站，单点地面站一般由一到多（duō）个人值守，有（yǒu）技术员，场（chǎng）务（wù）人员，后（hòu）勤员，通信（xìn）员，指挥员（yuán）等人（rén）组（zǔ）成（chéng）。
地（dì）面（miàn）站设备（bèi）组（zǔ）成一般都是由遥（yáo）控器、电脑、视频显示器，电源系统，电台等设（shè）备（bèi）组（zǔ）成，一般简单的来说就是一台电脑（nǎo），一个（gè）电（diàn）台（tái），一个遥控，电脑上（shàng）装有控制飞机（jī）的软件，通过航线规划（huá）工具（jù）规划飞机飞（fēi）行的线路，并（bìng）设定（dìng）飞行高度，飞行速（sù）度，飞行地点（diǎn），飞行任务（wù）等（děng）通过数据口连接的数传电台将任务数据编译（yì）传送至（zhì）飞控中，这里就有（yǒu）讲到数（shù）传电台（tái），数传电台（tái）就是数据传输电台，类似我们最（zuì）和耳朵一样，好比领导说（shuō）今天做什么任务，我们接受到任务并（bìng）回答然后再去（qù）执行（háng）任务，执行任务的时（shí）候时实情况实（shí）时汇报给（gěi）领导，这其中（zhōng）通信就是嘴巴和（hé）耳朵。
数传（chuán）电（diàn）台（tái）就是飞机与（yǔ）地面站通信的一个主要工具，一般的（de）数传电台采用的接口协议有TTL接口（kǒu）、RS485接口和RS232接口，的不（bú）过也有（yǒu）一些CAN-BUS总线（xiàn）接（jiē）口，频率有2.4GHZ、433MHZ、900MHZ、915MHZ，一般433MHZ的较多，因为（wéi）433MHZ是个开放（fàng）的频段，再加上433MHZ波（bō）长（zhǎng）较长（zhǎng），穿透力强等优势所以大部分民用用户（hù）一般都（dōu）是用的433MHZ，距（jù）离在5千（qiān）米到15千米不等，甚至更远。最（zuì）终达到的就是飞机与（yǔ）电脑间的通讯，电脑给飞机的任务，飞（fēi）机时时飞行高度，速（sù）度等很（hěn）多（duō）数据都会（huì）通过（guò）它来传（chuán）输。以（yǐ）方便我们时时监（jiān）控飞机情况，根据需要随时修改（gǎi）飞机航向（xiàng）。
整套无人机飞（fēi）控工（gōng）作原理就是地面站开机，规（guī）划航线，给飞控（kòng）开机，上传航（háng）线至飞（fēi）控，再设置自动起（qǐ）飞及降落参数，如起飞时离地速度，抬（tái）头角度（起飞攻角，也称迎角），爬（pá）升高度，结（jié）束高度（dù），盘旋（xuán）半径或（huò）直径，清空空速计等，然后检查飞控中的错误、报警，一切正常，开始起飞，盘旋几周后在开始飞向任务点（diǎn），执行任务，最后在降落，一（yī）般郊（jiāo）外建议伞降（jiàng）或手动滑降，根据场地选（xuǎn）择。飞（fēi）机在飞行过程（chéng）中如果偏离航（háng）线，飞（fēi）控就会一直纠正（zhèng）这（zhè）个（gè）错误，一直修正，直到复位为止。
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