無人機最核心的技術集中在總體技術、動力系統(tǒng)和飛控技術三個方面，共同決定了無人機系統(tǒng)的飛行高度、航程、航時、航速、載重等等一些重要的技術指標。在無人機中，飛控系統(tǒng)的作用是控制無人機運行的姿態(tài)和高度，決定著無人機飛行時的航跡和路線，它是無人機完成各種任務的關鍵。一套完整的無人機飛行控制系統(tǒng)由飛行控制計算機、姿態(tài)傳感器、無線電高度計等組成，其核心是飛行器控制算法。

那么，無人機的飛控系統(tǒng)，又由哪幾部分組成呢？

飛行控制系統(tǒng)簡稱飛控系統(tǒng)，是控制無人機飛行姿態(tài)和運動方向的部件，是無人機完成起飛、空中飛行、執(zhí)行任務、返場回收等整個飛行過程的核心系統(tǒng)，也稱為自動駕駛儀，這也是無人機區(qū)別于航模的根本原因之一。實際上，無人機的飛控系統(tǒng)就相當于有人機的駕駛員，是無人機執(zhí)行任務的關鍵。

一、組成部分

1、飛行控制器

作為無人機飛行運動控制的核心，它要完成飛行器姿態(tài)和位置兩大類輸入參數(shù)與輸出參數(shù)之間的轉(zhuǎn)換，同時還要滿足各種外界干擾條件下對操縱指令響應速度以及飛機操縱穩(wěn)定性等要求的系統(tǒng)集成。

2、姿態(tài)傳感器

目前常用有慣性導航系統(tǒng)、氣壓導航系統(tǒng)和激光陀螺儀。為了提高飛機的操縱穩(wěn)定性，通常采用陀螺和加速度計共同組成復合陀螺結(jié)構(gòu)，保證了飛機姿態(tài)跟蹤能力及在各種復雜姿態(tài)下飛機均能平穩(wěn)地沿給定軌跡飛行。

3、高度計 高度計主要用于探測和計算無人機所處空中的高精度位置信息，通常采用三軸數(shù)字陀螺儀加三軸數(shù)字組合方式進行設計。

4、飛行器控制算法軟件
飛控系統(tǒng)是一個相當復雜的非線性系統(tǒng)，其中涉及到大量對飛機控制算法優(yōu)化和提高精度性能有重要影響的變量參數(shù)，如姿態(tài)角、速度等；還要考慮到外界環(huán)境擾動及各種干擾條件下對數(shù)據(jù)處理過程所產(chǎn)生負面影響。

5、實時控制器系統(tǒng)

無人機要實現(xiàn)精確懸停、定高返航是飛行控制系統(tǒng)功能之一，而這些功能實現(xiàn)都需要基于實時控制器算法軟件。實時控制器可分為慣性實時控制器和視覺實時控制器兩種，其中視覺RTK一般用于無人機導航任務；慣性實時控制器可應用于固定翼飛機、直升機等。

二、基本功能

1、控制 解決“怎么飛”的問題。根據(jù)任務，通過算法計算出控制量，輸出給電調(diào)，進而控制電機轉(zhuǎn)速，進而實現(xiàn)姿態(tài)控制，這是飛控系統(tǒng)要做的首要事情。 2、定位 解決“在哪兒”的問題。充分發(fā)揮飛控系統(tǒng)中各種傳感器的功能，綜合分析判斷得到準確的位置和姿態(tài)信息。 3、導航 解決“去哪兒”的問題。飛行操控人員或者地面站操控無人機進行飛行，進而實現(xiàn)航跡控制。 ? ?

三、詳細結(jié)構(gòu)分析

1、傳感器

無人機飛控系統(tǒng)常用的傳感器包括陀螺儀、加速度計、磁力計、氣壓計、超聲波傳感器及GPS模塊等，這些傳感器構(gòu)成無人機飛控系統(tǒng)設計的基礎。各傳感器基本功能如下： 1、慣性測量單元（IMU），包括加速度計、陀螺儀和磁力計，主要得到無人機的姿態(tài)信息。常用的有6軸、9軸和10軸三種，6軸IMU包含三軸加速度計和三軸陀螺儀，9軸IMU是包含了三軸加速度計、三軸陀螺儀和三軸磁力計，而10軸IMU則是在9軸IMU基礎上加上氣壓計構(gòu)成。陀螺儀主要用于記錄俯仰、橫滾角度；加速度計主要記錄加速度，是測量運載體線加速度的儀表；氣壓計主要用于記錄海拔高度。

慣性測量單元（IMU） 2、高度測量單元，包括氣壓傳感器（簡稱氣壓計）和超聲傳感器。氣壓計測量得到絕對高度信息，而超聲傳感器測量得到相對高度信息，可實現(xiàn)懸停高度控制或避障。

氣壓傳感器

超聲傳感器 3、全球定位系統(tǒng)（GPS），包含GPS模塊和指南針模塊，用于精確確定飛行器的方向及經(jīng)緯度。GPS主要是接收GPS衛(wèi)星導航位置信息，用于無人機的定位。對于失控保護自動返航，精準定位懸停等功能的實現(xiàn)至關重要。

3、機載計算機 機載計算機是飛控系統(tǒng)的核心部件，是算法計算平臺，由硬件和軟件組成。 1、硬件，也就是電路板，由主處理控制器（常用的有通用型處理器MPU、微處理器MCU、數(shù)字信號處理器DSP及可編程門陣列FPGA）、二次電源（5V、±15V等直流電源）、模擬量輸入/輸出接口、離散量接口、通信接口（RS232/RS422/RS485、ARINC429和1553B總線）、余度管理（信息交換電路、同步指示電路、通道故障邏輯綜合電路及故障切換電路）、加溫電路、檢測接口等組成。

機載計算機 2、軟件，也就是飛控程序，是一種運行于計算機上的嵌入式實時任務軟件，不僅要求功能正確、性能好、效率高，而且要求其具有較好的質(zhì)量保證、可靠性和可維護性。主要模塊有硬件接口驅(qū)動模塊、傳感器數(shù)據(jù)處理模塊、飛行控制律模塊、導航與制導律模塊、飛行任務管理模塊、任務設備管理模塊、余度管理模塊、數(shù)據(jù)傳輸和記錄模塊、自檢測模塊等。 ? ?

四、常見的飛控系統(tǒng)及地面站

APM、PIXHAWK飛控，地面站為Mission Planner，飛控、地面站均開源。 NAZA飛控，無地面站，不開源。 N3飛控，無地面站，不開源。 A2飛控，配有大疆地面站，不開源。 A3飛控，配有大疆地面站，不開源。 LINGQUE靈鵲系列飛行控制系統(tǒng)，有地面站，不開源。

N3飛控依然采用了NAZA系列的IMU與主控一體的結(jié)構(gòu)，主控上提供了豐富的擴展接口，幾乎能與DJI目前所有主流的配件配合使用，對LB2、禪思云臺、如影MX云臺、DJI GO的支持一樣不少。N3飛控本身就內(nèi)置雙IMU實現(xiàn)雙冗余，在一套IMU傳感器異常時可自動切換到備用IMU，可靠性大大增加。同時通過主控上的EXP接口可外接A3升級套件，可組成三IMU、雙GPS的冗余系統(tǒng)，可靠性進一步增加，讓N3也能輕松滿足專業(yè)級應用。GNSS-Compass模塊，內(nèi)含GPS/GLONASS雙模接收機和指南針。相比以前增加了CAN擴展接口，并增加了一個很小的LED狀態(tài)指示燈，模塊的工作狀態(tài)一目了然?？傮w來說，N3不再像以前的NAZA系列給人一種低端的感覺，從工業(yè)設計、制造工藝、硬件配置和可拓展性各方面都飛躍了一個很大的臺階。

N3飛控依然與NAZA系列的產(chǎn)品一樣采用了主控與IMU一體的結(jié)構(gòu)。以前的NAZA系列，主控的安裝方向必須與機頭方向一致，這對飛控的安裝和走線帶來了很大的麻煩。N3的主控可以向前、向左、向右、向后進行安裝，這一變化很值得贊賞，對安裝和走線帶來了很大的方便。 N3飛控在S800機架的大震動下，航線飛行完全沒有掉高的現(xiàn)象，看來N3的內(nèi)部減震的確做得很好，同樣的使用情況WKM和A2都會出現(xiàn)不同程度的掉高。N3飛控在GPS模式下，最大傾角設置為35°，以穩(wěn)定性和精準的操控為主，定點、定高都很給力，不論是慢速精確飛行、還是大機動航線飛行都提供了很滿意的穩(wěn)定性和操控手感。與NAZA V2相比，提升了不只是一點點。 ?

編輯：黃飛