無人機飛控系統的案例
基于uC/OS-II操作系統的無人機飛控系統軟件設計
基于uC/OS-II操作系統的無人機飛控系統軟件設計
史峰，何立明，馬曉峰，史中正
摘要：針對以往飛控系統軟件中代碼多，可靠性、實時性差，不具通用性等缺點，采用uC/OS-II操作系統設計無人機飛控軟件，利用操作系統來進行軟件中各任務的實時調度和通信。通過地面測試和空中試驗表明：該軟件系統具有可靠性高、實時性強等優點， 滿足飛控系統軟件設計要求。
關鍵詞：飛控系統; uC/OS-II；優先級劃分；調度與通信
0、引言
無人機飛行控制系統是一個復雜的多任務系統, 要求不僅能夠與地面控制站雙向通信、采集傳感器數據、進行飛控/導航計算、驅動執行機構等, 還要求可靠性高、實時性強。傳統的飛控系統軟件大多按預先設定的順序循環執行, 具有代碼多，可靠性、實時性差， 不具備通用性等缺點。
針對以上缺點，本文采用uC/OS-II操作系統開發無人機飛控軟件, 將復雜的處理任務交給操作系統進行實時調度，滿足無人機飛控系統實時、多任務的要求。
展開 無人機飛控系統的原理、組成及各傳感器的作用
以前，搞無人機的十個人有八個是航空、氣動、機械出身，更多考慮的是如何讓飛機穩定飛起來、飛得更快、飛得更高。
如今，隨著芯片、人工智能、大數據技術的發展，無人機開始了智能化、終端化、集群化的趨勢，大批自動化、機械電子、信息工程、微電子的專業人材投入到了無人機研發大潮中，幾年的時間讓無人機從遠離人們視野的軍事應用飛入了尋常百姓家、讓門外漢可以短暫的學習也能穩定可靠的飛行娛樂。
不可否認，飛控技術的發展是這十年無人機變化的最大推手。
飛控是什么？
飛行控制系統（Flight control system）簡稱飛控，可以看作飛行器的大腦。
多軸飛行器的飛行、懸停、姿態變化等等，都是由多種傳感器將飛行器本身的姿態數據傳回飛控，再由飛控通過運算和判斷下達指令，由執行機構完成動作和飛行姿態調整。
”控“可以理解成無人機的CPU系統，是無人機的核心部件，其功能主要是發送各種指令，并且處理各部件傳回的數據。類似于人體的大腦，對身體各個部位發送指令，并且接收各部件傳回的信息，運算后發出新的指令。
例如，大腦指揮手去拿一杯水，手觸碰到杯壁后，因為水太燙而縮回，并且將此信息傳回給大腦，大腦會根據實際情況重新發送新的指令。
無人機的飛行原理及控制方法（以四旋翼無人機為例）
四旋翼無人機一般是由檢測模塊，控制模塊，執行模塊以及供電模塊組成。
檢測模塊實現對當前姿態進行量測；執行模塊則是對當前姿態進行解算，優化控制，并對執行模塊產生相對應的控制量；供電模塊對整個系統進行供電。
四旋翼無人機機身是由對稱的十字形剛體結構構成，材料多采用質量輕、強度高的碳素纖維。
展開 無人機飛控系統的原理、組成及各傳感器的作用
以前，搞無人機的十個人有八個是航空、氣動、機械出身，更多考慮的是如何讓飛機穩定飛起來、飛得更快、飛得更高。
如今，隨著芯片、人工智能、大數據技術的發展，無人機開始了智能化、終端化、集群化的趨勢，大批自動化、機械電子、信息工程、微電子的專業人材投入到了無人機研發大潮中，幾年的時間讓無人機從遠離人們視野的軍事應用飛入了尋常百姓家、讓門外漢可以短暫的學習也能穩定可靠的飛行娛樂。
不可否認，飛控技術的發展是這十年無人機變化的最大推手。
飛控是什么？
飛行控制系統（Flight control system）簡稱飛控，可以看作飛行器的大腦。
多軸飛行器的飛行、懸停、姿態變化等等，都是由多種傳感器將飛行器本身的姿態數據傳回飛控，再由飛控通過運算和判斷下達指令，由執行機構完成動作和飛行姿態調整。
”控“可以理解成無人機的CPU系統，是無人機的核心部件，其功能主要是發送各種指令，并且處理各部件傳回的數據。類似于人體的大腦，對身體各個部位發送指令，并且接收各部件傳回的信息，運算后發出新的指令。
例如，大腦指揮手去拿一杯水，手觸碰到杯壁后，因為水太燙而縮回，并且將此信息傳回給大腦，大腦會根據實際情況重新發送新的指令。
無人機的飛行原理及控制方法（以四旋翼無人機為例）
四旋翼無人機一般是由檢測模塊，控制模塊，執行模塊以及供電模塊組成。
檢測模塊實現對當前姿態進行量測；執行模塊則是對當前姿態進行解算，優化控制，并對執行模塊產生相對應的控制量；供電模塊對整個系統進行供電。
四旋翼無人機機身是由對稱的十字形剛體結構構成，材料多采用質量輕、強度高的碳素纖維。
展開 一文讀懂：無人機飛控三大算法
目前主流的幾款開源飛控中，無一例外的都是采用PID控制算法來實現無人機的姿態和軌跡控制。
PID里的P是Proportion的首字線，是比例的意思，I是Integral的首字線，是積分的意思，D是Differential的首字母，是微分的意思。
那么PID控制器算法能解決什么問題呢？
以多旋翼為例，在沒有控制系統的情況下，直接用信號驅動電機帶動螺旋槳旋轉產生控制力，會出現動態響應太快，或者太慢，或者控制過沖或者不足的現象，多旋翼根本無法順利完成起飛和懸停動作。為了解決這些問題，就需要在控制系統回路中加入PID控制器算法。在姿態信息和螺旋槳轉速之間建立比例、積分和微分的關系，通過調節各個環節的參數大小，使多旋翼系統控制達到動態響應迅速、既不過沖、也不欠缺的現象。
*本文作者系民用無人機公眾號，版權歸原作者所有，如有侵權請聯系刪除
展開 
尋找無人機飛控算法、應用開發方面專家或專業人員
<p><span style="color: rgb(34, 34, 38); background-color: rgb(255, 255, 255);">尋找無人機飛控算法、應用開發方面專家或專業人員，共同探討將現有開發平臺通用芯片轉化成基于飛控算法專用芯片的可能。探討內容不僅限于數據存儲、外部通訊、驅動程序、飛行控制、消息總線等。有興趣者可私信聯系。</span></p>
淺析無人機仿真技術
通過目標GUI能直接觀察目標機上的信號和狀態信息，在目標機上運行xPC Target對已經安裝在目標機上的任何軟件不會產生影響，一旦重啟了目標機，就可以恢復成為一臺運行Windows、Linux或者其他計算機操作系統和應用軟件的計算機。
無人機飛行仿真是驗證無人機控制策略、故障診斷和優化航線等的主要方式，內容涉及無人機建模、仿真物理設備、仿真軟件開發、仿真工程實現以及仿真置信度分析等多個方面，本文只是對飛行仿真做了一個簡單的介紹，不足之處還請廣大讀者朋友批評指正。
主要參考文獻
[1] 陳睿璟.無人機仿真技術研究與工程實現[D].南京.南京航空航天大學.2013.
[2] 翟彬.小型無人機飛控系統實時仿真技術研究[D].鄭州.鄭州大學.2007.
[3] 呂曉林.羅純哲.無人機基于Matlab/Simulink仿真技術研究[A].宇航計測技術.2011(6):30-35.
文章來源：蜂巢無人系統
展開 【測繪篇】航測無人機工作原理和優勢
無人機測繪因具有續航時間長、成本低、機動靈活等特點，近年來得到廣泛應用，成功打通了以往數據獲取的瓶頸，推動了全行業的快速發展。
航測無人機的優勢：
無人機航測系統與傳統測繪相比，具有使用成本低，機動靈活，載荷多樣性，用途廣泛，操作簡單，安全可靠等優點，在現代測繪行業中發揮著越來越多的作用。
航測無人機工作原理：通過無線電遙控設備或機載計算機遠程控制飛行系統進行作業，使用小型數字相機（或掃描儀）作為機載遙感設備。
航測無人機飛行平臺系統構成：飛行平臺，飛行導航與控制系統，地面監控系統，機載遙感設備，數據傳輸系統，發射與回收系統，野外保障裝備，附設設備。
航測無人機飛控系統：飛控系統用于無人機的導航、定位和自主飛行控制，它由飛控板、慣性導航系統、GPS接收機、氣壓傳感器、空速傳感器等部件組成。
飛控系統性能指標要求：
1、飛行姿態控制穩度:橫滾角應小于±3° 俯仰角應小于±3° 航向角應小于±3°
2、航跡控制精度:偏航距應小于±20米、 航高差應小于±20米、 航跡彎曲度應小于±5°。
航測無人機地面監控系統構成：無線電遙控器、監控計算機系統、地面供電系統以及監控軟件等組成。
飛控系統性能指標要求：
1、監控站主機應選用加固筆記本電腦、或同等性能的計算機和電子設備；
2、監控數據可以圖形和數字兩種形式顯示，顯示做到綜合化，形象化和實用化；
3、無線電遙控器通道數應多于8個，以滿足使用要求；
4、監控計算機應滿足一定的防水、防塵性能要求，能在野外較惡劣環境中正常工作；
5、監控計算機的主頻、內存應滿足監控軟件對計算機系統的要求；
6、電源供電系統應保障地面監控系統連續工作時間大于3小時。
航測無人機起降
起飛方式：
滑跑起飛：優點：無需彈射器。
展開 輕小型無人機測繪遙感系統研究進展
成都縱橫公司研制了MP、NP、AP系列無人機飛控系統，基于差分GNSS技術，可以實現無人機亞米級精度降落位置控制。西班牙LóPEZ 等（2015）開展了基于H ∝魯棒算法的無人機飛控控制算法研究。納米比亞Zulu 和John（2014）研究了旋翼機常用的PID 等11種控制算法的優缺點，并提出了混合定位算法。基于APM和Pixhawk等開源技術自制的飛控系統也成為國內外學者研究的熱點（萬宇樓等，2018；李松煒等，2019）。為了保障飛行的安全性和降低對操作人員的要求，多余度飛控設計技術（楊蕊姣，2015；薛亮，2016）和“一鍵起降”控制技術。雖然現階段無人機的飛控系統的智能化水平在不斷提升，但是在“傻瓜式”操控、超低空飛行障礙物檢測與規避、應急救援多飛行器協同飛行、大陣風/強側風等條件下的航線精準保持等方面仍然需要進一步的提升與完善，以便更好的減輕操控人員壓力，提升原始測繪數據的質量。
2.3 地面監控系統
地面監控系統通常由地面監控計算機、地面通訊鏈路設備、航線規劃軟件以及飛行監管軟件等組成。本文重點介紹航線規劃軟件的發展情況。航線規劃軟件主要作用是規劃無人機的飛行路徑、傳感器工作位置等功能。通常需要顧及地形、影像重疊度、無人機轉彎半徑、影像分辨率、傳感器參數等指標進行規劃。中測新圖公司開發的TOPPLAN軟件，具備支持相機、傾斜相機、視頻、LIDAR、SAR等多種傳感器作業的功能，尤其是具備定點曝光的功能。中國地質大學（北京）安江航（2018）開展了單鏡頭無人機傾斜影像采集航線規劃APP 研發。國防科學技術大學李遠（2011）開展了多UAV 協同任務資源分配與編隊軌跡優化方法研究。葡萄牙波爾圖大學Sujit 等（2013）開展了無人機角度約束地形測繪的無人機航線規劃路徑規劃研究，提出了一種多邊形分解算法來生成精確的飛行路線。
展開 無人機發射無人機，美陸軍探索”可消耗飛行系統”新思路
核心為可消耗飛行系統
增程型“灰鷹”無人機是美國陸軍一個非常重要的裝備項目，它目前承擔的一個重要探索方向，就是在導航環境嚴重退化（比如遭遇大范圍的GPS定位信號和通信干擾）的情況下依然能有效運用，并提供敏感精確的戰場環境感知能力，提供目標信息、甚至是直接發起火力打擊。
增程型“灰鷹”無人機
在這一能力的建設中，發射“伊格特”無人機及同類產品是關鍵的一環，也是整個“空中發射效應（ALE）”概念的一部分。
ALE項目由一系列的多個系統組成，包括飛行器、有效載荷、任務系統應用程序和相關設備等。
簡單描述ALE的概念，就是依托無人機或者有人機作為飛行平臺，向目標所在的高威脅高風險區域投放各種小型化的可消耗飛行系統，用以擴展自身的速度、范圍、視野、殺傷力，從而使有人機或者高價值無人機自身能夠停留在相對安全的后方。
展開 專門對付無人機的鎧甲防空系統為何頻遭無人機摧毀，俄專家解釋
土耳其媒體報道說，根據目前無可辯駁的實戰證據，證明國產貝拉克塔爾TB2攻擊無人機是此類飛機的絕對領導者。世界上任何現有的防空系統都無法阻止它的襲擊，更不用說俄羅斯的鎧甲——S1防空導彈系統,根本不能與TB2無人機相比。
在卡拉巴赫勝利期間，土耳其TB2攻擊型無人機摧毀了50多套俄制防空系統，約140輛坦克和數百門多管火炮裝置。從這個角度來看，打擊無人機是改變游戲規則的系統。當時TB2無人甚至一個小時都沒有休息，始終在空中。
這篇文章還詳細討論了北約空軍聯合中心（JAPCC）編寫的題為“綜合方法應對無人飛機系統”的報告。
俄羅斯專家弗拉基米爾·圖赫科夫對此評論很是不服，他認為，土耳其無人機確實厲害，但安卡拉高估了無人機的功能，但也不能低估俄羅斯世界首創的鎧甲-S1彈炮合一防空系統，專門對付低慢小目標的王牌武器。
本來俄羅斯的鎧甲-S1就是專門對付低空小目標和無人機的專家，它最初是為“針對飛機和直升機的點防空系統，以防止使用高精度武器的飛機的攻擊，特別是在低空和超低空，而開發的主要目的就是”成為打擊小型戰術無人機的理想防空導彈“。
然而鎧甲-S1被土耳其語打破了神話，特別是在敘利亞伊德利卜省，貝拉克塔爾完全可以自由進攻由俄羅斯防空導彈保衛的陣地。
由于鎧甲-S1采取了電子戰的密集措施，因此無法檢測到TB2無人機發射的小型智能彈藥，盡管它們位于雷達的范圍之內。
俄專家弗拉基米爾·圖赫科夫說，事實是，在伊德利卜，敘利亞政府軍的鎧甲-S1是出口修改版本，它們沒有雷達，并且使用光學定位系統檢測目標并將導彈和大炮對準目標。因此，不存在的雷達無法檢測任何東西-不是智能彈藥，不是大型加油機。
這是第一件事。
其次，土耳其人所解釋的敘利亞戰場上TB2無人機戰績被大大夸大了。是的，在敘利亞有兩套鎧甲-S1在戰場上被摧毀了。
展開 反無人機指揮系統亮相珠海航展，讓“黑飛”無人機無所遁形
央廣網西安11月6日消息（記者雷愷）西安天和防務技術股份有限公司“TH-S218C反無人機指揮系統”首次亮相正在珠海舉行的第12屆中國國際航空航天博覽會，讓“黑飛”無人機無所遁形強大功能使其成為全館“場紅”。該系統打破國內反無人機技術對低慢小目標防控系統落后的短板，以高精尖技術實現我國在反無人機技術領域上的跨越式發展。
近年來，隨著消費級無人機的爆炸式發展，它造成的各種威脅也與日俱增。據統計，自2015年8月至2016年9月，僅在美國就發生了726起無人機事故。在中國，無人機墜落傷人、逼停航班和列車的事情也屢屢發生，不法分子甚至策劃利用無人機進行運送毒品等違法活動。除了相關立法還不健全、監管不到位等因素外，由于地面雷達雜波的影響，傳統雷達很難識別這樣的小目標。作為中國軍民融合示范企業，西安天和防務技術股份有限公司依托軍用技術轉化成為民用技術，把軍用雷達探測和光電探測技術應用到反無人機領域，研制出一系列反無人機設備，此次亮相的TH-S218C反無人機指揮系統就是其中最具有代表性的。
記者在現場看到，該系統由多功能裝甲車、雷達、光電跟蹤儀、處置設備、指揮通信設備、系統支持設備等組成，其主要特點是對“低小慢”實現全空域探測與高精度跟蹤，并采用網式攔截，實現迫降、驅離等反制效果。據介紹，其整個反制過程包括搜索、識別、判斷、處置等四個環節，最遠處置距離可達1公里。同時，這套系統還具有管控距離廣、移動監控反制、打擊集群作業、處置時間短等特點，可廣泛部署于機場、監獄、化工園區、軍事禁區等，也可為重大安保、公安及城管執法、政要隨行保護、打擊利用無人機作為載體的走私販毒等活動提供有效的低空安全保護。
展開 
一種小型固定翼無人機彈射系統的設計 ￥49.9
</p><p><strong>4結論</strong></p><p>本文提出了一種基于拉簧動力的固定翼無人機發射系統，該系統具有占地面積小、質量輕、發射成本低，對無人機的適用性好等優點，可適用于大多數小型固定翼無人機在無滑跑起飛條件下的應用。并利用MATLAB、SoildWorks對關鍵參數進行計算與仿真，保證該系統設計的合理性。本文提出的固定翼無人機發射平臺將固定翼無人機起飛的方式由長距離的滑跑起飛變為超短距離的彈道發射，能實現小型固定翼在海面、湖泊等大范圍的水域內的起飛與偵察，極大提高了對水域偵擦的經濟型與便捷性；可以將具有長距離巡航的固定翼無人機在野外環境平穩發射，對于野外搜救、野生動物調查、森林火險勘察等大范圍野外活動有極為重要的意義。</p><p><strong>參考文獻</strong></p><p>[1] 付國強, 陳建國, 司亮,等. 中程固定翼無人機發展綜述及總體設計技術研究[C]// 2019年(第四屆)中國航空科學技術大會. 0.</p><p>[2] 魏志強, 劉馨澤. 飛機起飛過程的加速特性分析與軌跡仿真[J]. 飛行力學, 2019, 037(004):17-20.</p><p>[3] 張程皓. 小型多旋翼無人機航拍的新探索[D]. 2019.</p><p>[4] 孫志宏．無人機彈射起飛技術分析［Ｊ］．測繪與空間地理信息，2０１４，３７（８）：１７４－１７５.</p><p>[5] 唐友亮, TANG, You-liang,等. 無人機液壓彈射滑行小車緩沖系統仿真研究[J]. 液壓與氣動, 2018.</p><p>[6] 劉希軍, 朱新宇, 高麗霞,等. 固定翼無人機電磁彈射用直線感應電機設計與研究[J]. 航天控制, 2020, v.38;No.183(01):71-76.
展開 無人機激光雷達測繪系統應用
無人機LiDAR激光探測與測量
LiDAR激光探測與測量，也就是激光雷達。是一種遙感技術，它使用快速激光脈沖來繪制地球表面的地圖。LiDAR 在用于創建用于各種業務應用程序的高分辨率數字表面、地形和高程模型時非常有用。
在過去的十年中，無人機在農業環境測繪的監測領域發展迅速，而無人機激光雷達掃描系統使得無人機在測繪監測領域的市場更為廣闊。
LiDAR 系統，可以收集和映射對象的詳細信息和精確的 3D 模型：例如，植物、樹木、建筑物、堤防等基礎設施和地表。
光探測和測距 (LiDAR) 的工作原理是將激光脈沖快速連續地發送到一系列準確定義的方向。測量每個激光脈沖從目標反射并返回到 LiDAR 掃描儀所需的傳播時間，可以重建掃描儀周圍表面的距離和方向。將 LiDAR 掃描儀連接到像無人機這樣的移動平臺上，可以在無人機平臺向前移動時對更大的表面積進行 3D 映射。
激光雷(LiDAR)搭載無人機的應用領域
1.事故現場
LiDAR 是一種主動系統，它使用紫外光、近紅外光對不需要外部光的物體進行成像以進行有效映射。例如，在夜間監測洲際堆積時，可以輕松部署配備 LiDAR 無人機，單次通過現場。
作為基于無人機的解決方案，可以即時返回具有可見細節的準確信息，然后可以作為證據在法庭上接受。在地面，清障人員和環衛人員可以快速開始清理過程，通過解放通勤者和減少事故人員的開支，節省數千甚至數百萬美元。
2. 農林調查
森林規模龐大，管理這些廣闊的地區可能會讓人不知所措。評估森林清單的傳統方法既耗時又低效——有時僅僅是大面積的粗略估計。
展開 超聲波在無人機避障系統的應用
無人機因其便捷的使用方式和強大的功能由電驅動，通過多旋翼獲得升力飛行，機載高清攝像頭可以用于航拍、地理測繪等多種用途無疑成為了年輕一代的青睞。
與此發展的同時危機也伴隨而，無人機卻總是因為安全性問題，不合時宜地出現在各種社會新聞里。在科技的更新和技術的進步，人機想要繼續發展，除了續航、功能進步之外，安全性也是不可小覷的方面。世界上主要的消費級、商業級無人機制造商都開始將“避障系統”（ObstacleAvoidance）當做產品重點來提。下面工采網小編和大家一起看看無人機如何避障？
無人機要實現低空尤其是近地面的自主飛行，除了要知道無人機當前的海拔高度外，還需知道無人機相對于地面的高度。無人機的海拔高度信息一般通過氣壓計、GPS等測量得到，無人機相對于地面高度，可以使用聲納測距、激光測距、微波雷達測距、以及機器視覺測量方法等方式得到。對于地面高度測距基本采用超聲波傳感器。
無人機采用超聲波傳感器就是利用超聲波碰到其他物質會反彈這一特性，進行高度控制。前面就提到過近地面的時候，利用氣壓傳感器是無法應對的。但是利用超聲波傳感器在近地面就能夠實現高度控制。這樣一來氣壓傳感器同超聲波傳感器一結合，就可以實現無人機無論是在高空還是低空都能夠平穩飛行。但是，超聲波在無人機避障系統的應用中也有比較明顯的干擾問題。其次，如果物體表面反射超聲波的能力不足，避障系統的有效距離就會降低，安全隱患會顯著提高。一般來說，超聲波的有效距離是5米，對應的反射物體材質是水泥地板，如果材質不是平面光滑的固體物，比如說地毯，那么超聲波的反射和接收就會出問題。為解決此外問題工采網提供使用MaxBotix 超聲波避障傳感器 - MB1043。
展開 煤礦無人機智能系統設計與實現
侯 剛
(天地科技股份有限公司 開采設計事業部，北京 100013)
摘 要：煤礦無人機智能系統實現了通過無人機與智能化管控平臺配合對煤礦礦區地表進行周期性2D正射影像建模及3D建模，對地表沉陷及地表生態環境變化進行了趨勢監測，監測精度實現了厘米級。對礦區生產、生活區域晝夜安防巡查，實現規劃路線飛行，數據采集平臺化管控，極大提高巡防效率及夜間安防質量。對礦區大型基礎設施、設備進行設備可見光檢查及紅外熱成像巡檢，實現了對重要設施、設備的綜合監控。煤礦無人機智能系統在應用過程中采集監測數據同步回傳，實時監控，信息智能存儲，實現了礦區無人機智能化管控。
關鍵詞：無人機巡檢；智能系統；沉陷；生態環境監測；設備巡檢
隨著智能化礦山建設的發展，對礦井區域內地表、生態、安防和主要設施、設備的監控管理的要求也日趨智能化[1]，煤礦無人機智能系統通過航測無人機、安防無人機、設備巡查無人機、無人機智能管控軟件[2]，實現了對礦區地表和生態環境的周期監測[3]、礦區范圍內的空中安防和警戒、主要建筑重要設備的定期巡檢。無人機在煤礦的應用在成本上節省了人力資源、減少了其它設備投資[4]，在安全上實現了礦區大面積、復雜、險峻生態條件下的全面監控，規避了人工風險[5]，在智能化方面實現了數據信息可追溯、智能管控和數據的深度分析處理，實現了礦井地面區域的高效監控[6]。
1 煤礦無人機智能系統組成
煤礦無人機智能系統主要由無人機、遙控設備、移動終端設備、服務器和用戶操作端幾個主要部分組成，系統組成示意如圖1所示。
圖1 無人機智能系統組成
無人機按照使用功能配置有小型航空測繪無人機、安防巡查無人機、設備巡檢無人機三種無人機機型。
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