无人机之所以能够在空（kōng）中自主飞行就是因（yīn）为无（wú）人机也和（hé）人类一样，也拥有（yǒu）一个大脑，究竟（jìng）是什么样（yàng）的一个大（dà）脑才（cái）能够控制（zhì）一（yī）架飞机在空中自动驾驶呢？下面劲（jìn）鹰无人机来为你解答。
飞控，也称（chēng）自（zì）驾仪。有了这套自驾仪，通过地面端的电脑就（jiù）或者（zhě）手机就可以控制一架飞机自主起飞、自主导航、自主降落了。
什么是飞（fēi）控呢？飞（fēi）控（kòng）就（jiù）是飞机飞行控制器的简称，既然是控（kòng）制器，那么这里边也应该有一台微电（diàn）脑之类的来控（kòng）制（zhì）飞机，事实上现在的飞控内部除了一些（xiē）传感器外还有就是多块单片机构成。
现在的飞控内部使用的都是由三轴陀螺仪，三轴加（jiā）速度计，三轴地磁（cí）传感器和气压计组（zǔ）成的一（yī）个IMU，也称惯性（xìng）测量单元（yuán）。那么什么是（shì）三轴（zhóu）陀螺仪（yí），什么是（shì）三轴加速度计，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用呢，这三轴（zhóu）又（yòu）是（shì）哪三个轴（zhóu）呢？三轴陀螺仪，三轴加速（sù）度计（jì），三轴地磁传感器中的三轴指的就是飞机（jī）左右，前后垂直方向上下这（zhè）三个轴（zhóu），一般都（dōu）用XYZ来代表。左右（yòu）方（fāng）向在飞机（jī）中（zhōng）叫做横滚，前后（hòu）方向在（zài）飞（fēi）机中叫做俯仰，垂直方向就是Z轴。陀螺都（dōu）知道，小时候基本上都玩过，在不转动的情况下它很（hěn）难站在地上，只有转动起来了，它才（cái）会站立在（zài）地上，或者说自行车，轮子越大越重的车（chē）子就越稳定，转弯的时候明显能够感觉到（dào）一股阻力，这就是陀螺效应，根据陀螺（luó）效（xiào）应，聪（cōng）明的人们发明出（chū）的陀螺仪（yí）。最早（zǎo）的陀螺仪是一（yī）个高速旋转的陀螺，通过（guò）三个灵活（huó）的（de）轴将这个（gè）陀螺固定在一个框架中，无论外（wài）部框（kuàng）架怎么转动，中间高速旋转的（de）陀螺始终保持一（yī）个姿态（tài）。通过三（sān）个轴上的传（chuán）感器就能（néng）够计算出外（wài）部框架（jià）旋转的度数等数据。
由于（yú）成本高，机（jī）械（xiè）结构的复杂，现在都（dōu）被电子陀螺仪代替，电（diàn）子陀螺仪的优势就是成本低，体积小（xiǎo）重量轻，只有几克（kè）重，稳定性还有精度都比机械陀螺高（gāo）。说道这，大家也（yě）就（jiù）明白陀螺仪（yí）在飞控（kòng）中起到的（de）作用（yòng）了（le）吧，它就（jiù）是测量（liàng）XYZ三个（gè）轴的倾角的。那（nà）么三轴加速度计时干什（shí）么的呢，别急，我来（lái）给你解答，刚（gāng）刚说道三轴陀螺（luó）仪就（jiù）是（shì）XYZ三（sān）个轴（zhóu），现在不用说也就明（míng）白（bái）三轴（zhóu）加速度计（jì）也是XYZ三个轴。当我们开车起步的（de）一瞬间就会感（gǎn）到背后（hòu）有一股推力（lì），这（zhè）股推力呢就是加（jiā）速度（dù），加（jiā）速度是（shì）速度变（biàn）化量与（yǔ）发生这一变（biàn）化时间（jiān）的比值（zhí），是（shì）描述物体变（biàn）化快慢的物理量，米（mǐ）每二次方秒，例如（rú）一辆（liàng）车在停止（zhǐ）状态下，它的加（jiā）速度是0，起步后，从（cóng）每秒0米到每秒10米，用时10秒，这就是这辆车的加速度，如果车速每（měi）秒10米的速度行驶，它的（de）加速度就是0，同样，用10秒的（de）时间减速，从每秒10米减速到每秒5米，那么它（tā）的加速就（jiù）是（shì）负数（shù）。三轴加（jiā）速（sù）度计就是测量（liàng）飞机XYZ三个（gè）轴的（de）加速度（dù）。
我们（men）日常出行都是根据路标或记忆来寻找（zhǎo）自己的面（miàn）向的（de），地磁传感器就是感知地（dì）磁的，就是一个电子指南针，它可以让飞（fēi）机知道自己的飞行（háng）朝（cháo）向，机头（tóu）朝向，找到任务位置和家的位置。气压计（jì）呢就是（shì）测量当（dāng）前（qián）位置的大气压，都知道高度（dù）越高，气压越低（dī），这就（jiù）是人（rén）道高原之后为什么会有（yǒu）高原反应（yīng）了，气压（yā）计是通过测量不同位置（zhì）的气（qì）压（yā），计算压差（chà）获得（dé）到当前的高度，这（zhè）就是整个IMU惯性测量单（dān）元，它在飞（fēi）机中起到的作用就是感知（zhī）飞机姿态的（de）变化，例如飞机当（dāng）前是前倾（qīng）还是（shì）左右倾（qīng）斜，机头朝（cháo）向、高度等最基本（běn）的姿态数据，那么这些（xiē）数据在飞空中（zhōng）起到的作用（yòng）是什么呢？
飞控最基本的功能控制一（yī）架飞机在空（kōng）中飞（fēi）行时的平（píng）衡，是由IMU测量（liàng），感知飞机当前的（de）倾角数据通过编（biān）译器（qì）编译成电子（zǐ）信号，将这个信号通过（guò）信（xìn）号新时时传输（shū）给（gěi）飞控内部的单片机，单（dān）片机负责的是（shì）运算，根据飞机当前的数（shù）据，计算出一个（gè）补偿方向，补偿角，然后将这个补（bǔ）偿数据编（biān）译成电子信号，传输给舵机或电（diàn）机，电机或舵机在去执行命令，完成补偿动作，然后传感器感知到飞机平（píng）稳了，将（jiāng）实时数据再（zài）次给单片机，单片机会停止补偿信号，这就（jiù）形成了一个循（xún）环，大部分（fèn）飞控基本上（shàng）都是10HZ的内循环（huán），也就（jiù）是1秒（miǎo）刷（shuā）新十次。这就是飞控最基本（běn）的功能，如（rú）果没有（yǒu）此功（gōng）能，当一个角一旦倾（qīng）斜，那么飞（fēi）机（jī）就会快（kuài）速的失去平衡（héng）导致坠机，或者说没有气压计测量不到自己的（de）高度位置就会一直加油门（mén）或者（zhě）一（yī）直降（jiàng）油门（mén）。其次，固定翼飞控还（hái）有空速传感器（qì），空速传感器一般位（wèi）于机翼上或机头，但不会在螺旋桨后边，空速（sù）传感器就是两（liǎng）路测量（liàng）气压（yā）的传感器，一路（lù）测量（liàng）静止气压，一路测量迎风气压（yā），在计算（suàn）迎风气压与静止（zhǐ）气压（yā）的压差就可以（yǐ）算出（chū）当（dāng）前的（de）空气流速，一（yī）般（bān）是m/s。
有了最基本的平衡、定（dìng）高和（hé）指南针（zhēn）等功（gōng）能，还（hái）不足以让一家（jiā）飞机能够自主导航，就像我们去某（mǒu）个（gè）商场一样，首先我们需（xū）要知道商（shāng）场的所在位置（zhì），知道自己所（suǒ）在的位置，然（rán）后（hòu）根据交通情况（kuàng）规划（huá）路线。飞控也亦然，首先飞（fēi）控需要知道自己所在（zài）位置，那就需（xū）要（yào）定（dìng）位（wèi）的，也就是我（wǒ）们常说的GPS，现在定位的有GPS、北斗、手机（jī）网络等定位系统（tǒng），但是这里面手（shǒu）机网络（luò）定位是最差的，误差好的话（huà）几十米，不好的话上千米，这种误（wù）差（chà）是飞控无法接受的，由于GPS定位系统较早，在加上是开放（fàng）的，所（suǒ）以（yǐ）大（dà）部分飞（fēi）控采用的都（dōu）是（shì）GPS，也有少数采（cǎi）用的北斗（dòu）定位。精度基本都在3米内（nèi），一般开阔（kuò）地（dì）都是50厘米（mǐ）左右，因环（huán）境干扰（rǎo），或建筑物（wù）、树木之类的遮挡，定位可能（néng）会差（chà），很有可能定位的是虚假信号（hào）。这也就是为什（shí）么民用无（wú）人机频频（pín）坠机、飞丢的一个主要原因（yīn）。
GPS定位原（yuán）理就是三（sān）点定位（wèi），天（tiān）上的GPS定位卫星距（jù）离地球表面22500千米处（chù），它（tā）们所运（yùn）动（dòng）的轨（guǐ）道（dào）正好形（xíng）成（chéng）一（yī）个网状面，也就是说在（zài）地（dì）球上（shàng）的任意一点，都（dōu）有可以同时收到3颗以上的（de）卫（wèi）星（xīng）信号。卫星（xīng）在运动的过程中（zhōng）会（huì）一直不断的发（fā）出电波信号，信（xìn）号中包含数据包，其中就有时间信号。GPS接（jiē）收机（jī）通过解（jiě）算（suàn）来自多颗（kē）卫星的数据包，以及时间信号，可以（yǐ）清（qīng）楚的计算出自（zì）己与每一颗卫星的（de）距（jù）离，使用三角（jiǎo）向（xiàng）量关系计算出自己所在的位置。GPS也定（dìng）位（wèi）了，数据也有了（le），这个信（xìn）号（hào）也会通过（guò）一个编（biān）译器在（zài）次编译成一个电子信号传给飞控，让飞控（kòng）知道自己所在的位置、任务的位置和距离、家（jiā）的位置和（hé）距离以及当前的速度和高度（dù），然后再（zài）由飞控驾驶飞（fēi）机飞向（xiàng）任务位置或回家（jiā）。刚刚我们也说了（le），GPS能（néng）够测（cè）速也能够测高度，为什（shí）么要有气（qì）压计（jì）和空速计（jì）呢？这就是为了（le）消除误差（chà），飞机（jī）飞起来（lái）是不与地面接触的，直接接触的（de）是空气（qì），假设飞行（háng）环境是（shì）无（wú）风的环境，飞机（jī）在地面滑跑加速，加（jiā）速到每秒20米的速度然后（hòu）再拉升降舵起飞，这样GPS测（cè）量（liàng）到的（de）数值是准确的，但（dàn）是要是逆风呢，是因为机翼与空气相对的运动达到（dào）了一定的速度才能够产生一定（dìng）的升力（lì）让飞机起飞，如果在逆风环境下，风速每秒10米，飞（fēi）机只需（xū）要加（jiā）速（sù）到每秒10米就可以正常离（lí）地了，如（rú）果加速到（dào）每秒20米（mǐ），相对（duì）空（kōng）气的速度已经达到了每秒30米，或者（zhě）说顺（shùn）风起（qǐ）飞，风速每秒20米，飞机GPS测速也达到了20m/s的速（sù）度，这个（gè）时候拉升降舵，飞（fēi）机动都不会动，因为（wéi）相对空气速度（dù）是0米，达（dá）不到起飞条件，必须加速到每秒40米的（de）时候才能达到升力起飞。这就是空（kōng）速计的作用，GPS测量的只是（shì）地速，刚刚降到，GPS也可以定高，第（dì）一GPS定位精（jīng）度是3米内，也就是说飞控能感知到的是（shì）平面方向的两（liǎng）倍误差，信号不（bú）好的话十几米（mǐ）都有（yǒu）可能（néng），还有GPS不定位的时候，另外GPS定（dìng）高数据是海拔高度并不是地面（miàn）垂直（zhí）高（gāo）度，所以GPS定高（gāo）在飞控中不管（guǎn）用。有了GPS飞控也知（zhī）道飞（fēi）机位置了，也知道家的位（wèi）置和（hé）任务位置，但是飞控上（shàng）的任务（wù）以及家的位置飞控是怎么知（zhī）道的呢，这就是地面站的（de）作用。
地（dì）面站（zhàn），就是在地面的（de）基站，也（yě）就是（shì）指挥飞（fēi）机的，地面（miàn）站可以分为单点地（dì）面站或者多（duō）点地面（miàn）站，像民（mín）航机（jī）场就是地面站，全（quán）国甚至全球所有的地面站都在时时联网，它们能（néng）够（gòu）清楚的知道天上在飞行的飞机，并（bìng）能时时监测到飞机当前的飞行路线，状况等，以及时时（shí）的调度等。像我（wǒ）们用的无（wú）人（rén）机大部分（fèn）都是单点（diǎn）地面（miàn）站，单点（diǎn）地面站（zhàn）一般由一到（dào）多（duō）个人值守，有技术员，场务（wù）人（rén）员，后勤员，通信员，指（zhǐ）挥员等人（rén）组成。
地面站设备组（zǔ）成一（yī）般都是由遥控器、电脑、视（shì）频显示器，电源系统（tǒng），电台等设备组成，一般简单的来说就（jiù）是（shì）一台（tái）电脑，一个（gè）电台，一个（gè）遥（yáo）控，电（diàn）脑上装有控制飞（fēi）机的软件，通过航线规划工具规划飞机飞行的线路，并（bìng）设定飞行高度（dù），飞行速度，飞（fēi）行地点，飞行（háng）任务等通过数据口连接的数传电（diàn）台（tái）将任务数（shù）据（jù）编译（yì）传送（sòng）至飞控（kòng）中，这里就有讲到数传电（diàn）台，数传电台（tái）就是数据（jù）传输电台，类似我们最（zuì）和耳朵（duǒ）一样，好（hǎo）比领导说今天做什么任务，我们接（jiē）受到（dào）任务并（bìng）回答然后再去执行任务，执行（háng）任（rèn）务（wù）的时候时实情况实时（shí）汇报（bào）给领导，这其中通信就是（shì）嘴巴和耳朵。
数（shù）传电台就是飞机与地面站通（tōng）信（xìn）的（de）一（yī）个主要工具，一般的数传电台采（cǎi）用的接口协议有（yǒu）TTL接口、RS485接口和RS232接口，的不过（guò）也有一些CAN-BUS总线接口，频率有2.4GHZ、433MHZ、900MHZ、915MHZ，一般433MHZ的（de）较多，因为433MHZ是个开放的频段，再加上433MHZ波（bō）长较（jiào）长，穿（chuān）透力强等优势所（suǒ）以大（dà）部分民（mín）用用户（hù）一（yī）般都（dōu）是用的433MHZ，距离在5千（qiān）米到15千（qiān）米不等，甚（shèn）至更远。最终达（dá）到的就是飞机与电脑间的通讯，电脑给飞（fēi）机的任务，飞（fēi）机时时飞行（háng）高度，速度等很多数据都会通过（guò）它来传（chuán）输。以方便（biàn）我们时时监（jiān）控飞机（jī）情（qíng）况，根据（jù）需要随时修改（gǎi）飞机航向。
整套无人（rén）机（jī）飞控工作原（yuán）理就（jiù）是地面站开机（jī），规（guī）划航线，给（gěi）飞控开机，上传航线至（zhì）飞控，再设置自动起飞及降落参（cān）数，如起飞时（shí）离地速度，抬（tái）头（tóu）角度（起飞攻角，也称（chēng）迎角），爬升（shēng）高度，结束（shù）高度，盘（pán）旋半径或直径（jìng），清空空（kōng）速计等，然后检查飞控中的错误、报警，一切（qiē）正常，开始起飞，盘旋几周（zhōu）后在开始飞向任务点，执行任务，最后在（zài）降落，一般郊外建议伞降或手动（dòng）滑降（jiàng），根据（jù）场地（dì）选（xuǎn）择（zé）。飞机在飞行过程中如果偏离航线（xiàn），飞控就会一直纠（jiū）正这个错误（wù），一直修正，直到复（fù）位为止。
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