無人機飛控的案例
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 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>
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 無人機信息安全研究綜述
4 結語
無人機安全信息管控技術是近年來興起的新技術,改變傳統的軟件無法從直行機角度進行飛控技術的升級的問題,將傳感器攻防技術加以提升,加大了無人機加密安全技術的研究,采用芯片加密安全技術,實現了無人機飛控系統植入木馬的安全問題得到解決,避免了無人機飛控中法規監管盲區存在導致的安全問題,從而提高了無人機的生存能力和作戰能力。
參考文獻
[1] 趙長城,高翔,樊瓊劍.淺析無人機飛行安全風險與對策[J].科技風,2019(32):7.
[2] 曾令煒,王緒東,姚瑞.淺談民用無人機使用的安全問題及對策[J].治淮,2019(10):54-55.
Review of UAV Information Security Research
ZHANG Ji-yong
(Unit 91977, Beijing 100036)
Abstract：With the advancement of technology and the reduction of costs, drones have been widely used and played an important role from military to industrial and civil fields, and they have been used in cruise, monitoring, shooting, detection, control, transportation, emergency rescue and other fields. Bring convenience to production and life.
展開 淺析無人機仿真技術
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
人工智能專業----無人機插上人工智能的翅膀（UAV+Al)
相關實驗
利用星環科技的無人機開源教學實驗平臺與嵌入式及無人機案例實驗箱可對無人機飛控系統進行系統建模、飛行原理講解、控制算法實現和參數整定，并且通過星環科技獨有的無人機對軸調試平臺可將無人機控制進行拆解，完成 無人機對軸的平衡調試。
利用星環科技的無人機開源教學實驗平臺與嵌入式及無人機案例實驗箱可對無人機飛控系統進行系統建模、飛行原理講解、控制算法實現和參數整定，并且通過星環科技獨有的無人機對軸調試平臺可將無人機控制進行拆解，完成無人機對軸的平衡調試。
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 “無人機交警”規?；蠉?這些本領不可不知
另外，在發生交通事故時，特別是早晚高峰時期，警車無法及時到達，而無人機則能夠快速抵達現場進行取證，記錄涉事車牌，并可通過搭載的喇叭通知輕微事故車輛及時撤離，避免出現大規模擁堵，恢復路面交通順暢。
此外，無人機在日常執行任務時，能夠收集大量視頻、圖像數據，這不僅能夠作為重要的執法依據，而且還能在分析、處理之后，形成系統性資料，作為交警部門及交通部門制定相關政策、調整具體部署的決策參考。
人才培訓是重中之重
雖然“無人機交警”優勢多樣、作用突出，但是其仍然不免會出現損壞、甚至“炸機”的可能。究其原因，除了電子設備故障、電磁干擾、電量耗盡和惡劣天氣等影響因素外，人為操作失誤、人為決策過失等也不能忽視。
目前，警用無人機的應用還處于初級階段，在保有量快速增長的同時，專業的飛手數量卻提升緩慢。一些警務人員固然專業知識與技能過硬，但是在操縱無人機方面還是個新手。對于修理無人機、用好無人機更是距離尚遠。
當然，并非無人機出現故障或意外都要怪罪到操控人員身上。事實上，眼下無人機行業依然較為魚龍混雜，產品質量參差不齊，有的無人機飛控、電池技術不過關，有的則機體結構強度差，還有些使用劣質零部件。因而，無人機本身存在的問題也不能忽視。
不過，相對而言，無人機質量問題可以在采購環節予以把控，但是專業飛手卻不容易培養。
展開 沙特無人機也搞起來了？網友：有中國血統吧
而這款沙特的無人機官方數據起飛重量達到350公斤，飛行高度可以達到7000米，機體還采用了碳纖維技術，很大程度上降低了機身自重。其他技術可以從沙特現有裝備上發展研究，但無人機特有的飛控技術，對于軍工能力較弱的國家而言可不是一個可以輕易跨過的坎。
沙特新一代無人機展覽照
那么有沒有可能是咱們支持了沙特的無人機項目呢？稍微分析一下就可以發現，非常有可能。早在2017年三月，沙特國王訪華跟咱們簽訂了650億美元的超級大合同，其中就包括了沙特向中國航天科技集團進口"彩虹"系列無人機。更巧合的是，在中沙無人機項目順利達成后，沙特就發布了一款新型"獵鷹"-1無人機，雖然沙特宣稱"獵鷹"是沙特自主研制，但分析"獵鷹"和"彩虹"-4無人機的技術特點就可以發現，兩者是絕對的近親。哪怕是"獵鷹"-1掛載的彈藥——M4和M3導彈都是從中國AR-1無人機導彈仿制而來。
AR-1(藍色)導彈和AR-2(白色)導彈
沙特第一代無人機跟中國有數不清的聯系，那么最近這款無人機得到咱們的技術支持也就不足為奇。一般來說，垂直起降無人機就不得不安裝升力螺旋槳，有了這個，無人機就不需要跑道，極大程度的拓寬了使用場景，咱們的大疆無人機就是垂直起降無人機領域的佼佼者。
但是咱們的軍用大型無人機很多卻不采用升力螺旋槳技術，而是采用固定翼起飛，本質上與有人駕駛戰機一樣，都需要跑道，只是跑道更短，要求更低。沙特最新的這款無人機與咱們的設計理念一樣都采用了固定翼模式，這當然不是巧合。上面我們提到過，軍用大型無人機的飛控技術是一大難關，而搭載升力螺旋槳的無人機由于上升和平飛等等功能的同步進行，在軍用要求的速度下飛控難度極大，采用固定翼無人機就可以很好的解決這個問題，而在固定翼無人機領域，咱們已經擁有十幾款無人機的技術積累，幫助沙特完成飛控和動力系統也并不難。
展開 
京東無人機首席科學家：已解決無人機長航時問題
李小光：無人機并不是新生事物，美國“全球鷹”、“捕食者”等在偵查、打擊方面充分發揮其優勢，得到廣泛的應用，國內無人機也得到充分的應用和發展，“彩虹”、“翼龍”甚至出口到其他國家，但是民用領域，尤其是物流行業，是近幾年開始嘗試和發展的。未來科技產品的發展就是無人化、智能化，人工智能的發展將賦予無人機自主識別、自主編隊、深度學習、自主判斷等功能。
飛控系統是其中的核心，前期我們也購買飛控系統，但是缺陷反饋以后不能得到及時的調整，導致我們工作效率低，因此我們研發了一套具有自主知識產權的天馬飛控系統，在物流無人機中，我們的飛控系統走在前沿。針對航線規劃、導航、遠航程、同一航線多架次無人機實現自動識別和編隊等都有相應的技術儲備。我們已經完成了16萬千米飛行距離的配送任務，獲得大量的測試數據，充分發揮無人機的時效性，真正應用于生活中。
我們現在解決了無人機長航時問題，坦白說，這個也不是秘密，單靠電池是解決不了續航的問題。任何航空產品在氣動外形、總體布局上、產品系統集成都要達到最優化，遵循最佳實踐，將最好的技術應用到產品中去。
航空制造網：我們知道，在擔任京東無人機首席科學家之前，您是南航的特聘教授，請簡要介紹一下目前的研究重點以及飛行汽車的研究現狀。
李小光：目前在南航還有16個研究生，包括兩個法國留學生，我們團隊兩年半時間申請了33個專利，其中包括15個國家發明專利、17個實用新型專利、還有1個外觀專利；負責民機電傳飛控系統的適航驗證以及C929起落架試驗驗證項目，完成工業級無人機樣機制造和試飛，針對飛行汽車作了很多設計和驗證工作，采用3D打印完成了產品模型?；径际菄@著大飛機、無人機來展開的。
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?；贏PM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 超越“續航焦慮”：魯渝能源無人機無線充電模組如何開啟工業應用新紀元？
無人機的工業應用邊界，正被其有限的電池續航能力所束縛。無論是巡檢、測繪還是安防，頻繁的起降換電不僅大幅降低了作業效率，更增加了人力成本和操作風險。魯渝能源公司直面這一行業核心痛點，推出了專為工業場景打造的無人機無線充電模組。
揭秘模組內核：專業級的技術架構
我們的無人機無線充電模組，是一個高度集成化的解決方案。它由地面充電平臺（發射端） 和機載接收端模組兩部分組成。
1. 高效能量傳輸：基于磁共振原理，實現了在較大氣隙下的高效電能傳輸。與傳統電磁感應技術相比，它對定位精度的要求更為寬松，更適合無人機在戶外復雜環境下自主降落充電。
2. 精準視覺輔助降落：地面充電平臺集成了多種引導技術（如視覺標識、紅外或藍牙輔助），與無人機的飛控系統協同工作，引導無人機實現厘米級的精準降落，確保收發線圈最佳對準。
3. 強大的環境適應性：地面平臺采用堅固外殼與高防護等級（IP54起步，可根據要求定制更高），能抵御日曬、雨淋、風沙侵襲。機載模組則經過嚴格的輕量化設計，對無人機的續航和載荷影響降至最低。
4. 智能通信與管理：充電全過程，模組會與無人機進行實時數據通信，匯報充電狀態、功率、溫度等信息，并支持遠程啟停與控制，完美融入用戶的無人機云管理平臺。
應用場景深度賦能：
此模組已廣泛應用于：
電力與管道巡檢：在輸電線路上部署充電點，無人機可完成上百公里的自動化巡檢。
安防與園區巡邏：設定固定巡邏路線，無人機在電量不足時自動返回充電平臺“能量補給”，實現7x24小時不間斷監控。
農業與環保監測：在廣闊農場或生態保護區部署，支持無人機進行超長航時的監測與數據采集。
魯渝能源的無人機無線充電模組，不僅僅是延長了無人機的飛行時間，更是重新定義了工業無人機的工作方式——從“單次任務”轉向“持續在崗”。
展開 一種新型垂起無人機總體設計
穩定性分析主要是通過無人機的氣動導數來判斷，主要包括橫航向靜導數，縱向動導數、橫向動導數、航向動導數、操縱導數、全機穩定性分析、全機操縱性分析以及飛行性能分析，其計算方式參看飛機設計手冊，分析結果參考飛行品質規范MIL-F-8785C對方案特性進行評價。
4 結語
該新型垂起無人機在結構形式上較新穎，在氣動方面有一些優勢。但是在折疊結構設計以及飛控控制率設計方面難度較大，尤其是機翼折疊結構的強度及材料要求較高，穩定性與可靠性還有待提高，另外在總體設計過程中，三大核心數據功重比、翼載荷、升阻比之間的關系是獨立而統一的，是決定無人機性能指標的重要頂層數據，需要反復計算校核。該機型在滿足最大起飛重量的情況下，搭載不同載荷，擁有長續航時間和較大的飛行半徑?？捎行Ц采w周邊區域，開展長時間、大面積巡檢，可以應用于航空測繪、電力巡檢、環境保護等領域。
文章來源：走進無人機
展開 