隨著科學技術的發(fā)展以及軍事戰(zhàn)略思想的轉變，無人機在軍事、民用等領域獲的應用越來越廣泛，比如航空測量、航空攝影、偵察、森林防火等。高精度和小型化是無人機發(fā)展的必然趨勢， 高精度要求無人機的制導控制精度高，能夠適應復雜的外界環(huán)境； 小型化則對控制系統(tǒng)的重量和體積提出了更高的要求，要求控制部件的體積越小越好。

在無人機操控中，飛行控制系統(tǒng)是很重要的。飛行控制系統(tǒng)通過高效的控制算法內核，能夠精準地感應并計算出飛行器的飛行姿態(tài)等數(shù)據(jù)，再通過主控制單元實現(xiàn)精準定位懸停和自主平穩(wěn)飛行。在沒有飛行控制系統(tǒng)的情況下，有很多的專業(yè)飛手經(jīng)過長期艱苦的練習，也能控制飛行器非常平穩(wěn)地飛行，但是，這個難度和要求特別高，同時需要非常豐富的實戰(zhàn)經(jīng)驗。如果沒有飛行控制系統(tǒng)，飛手需要時時刻刻關注飛行器的動向，眼睛完全不可能離開飛行器，時時刻刻處于高度緊張的工作狀態(tài)。而且，人眼的有效視距是非常有限的，即使能穩(wěn)定地控制飛行，但是控制的精度也很可能滿足不了航拍的需求，控制距離越遠，控制精度越差。還有，對于不同的拍攝需求，以及面臨不同的拍攝環(huán)境或條件，人為飛行控制更是難上加上，甚至根本不可能實現(xiàn)。飛行控制系統(tǒng)是目前實現(xiàn)簡單操控和精準飛行的必備武器。

一、飛行控制系統(tǒng)的主要部件組成

飛行控制系統(tǒng)一般主要由主控單元、IMU（慣性測量單元）、GPS指南針模塊、LED指示燈模塊等部件組成。

1、主控單元是飛行控制系統(tǒng)的核心，通過它將IMU、GPS指南針、舵機和遙控接收機等設備接入飛行控制系統(tǒng)從而實現(xiàn)飛行器自主飛行功能。除了輔助飛行控制以外，某些主控器還具備記錄飛行數(shù)據(jù)的黑匣子功能，比如：DJI的Ace One。主控單元還能通過USB接口，進行飛行參數(shù)的調節(jié)和系統(tǒng)的固件升級。

2、IMU（慣性測量單元），包含3軸加速度計、3軸角速度計和氣壓高度計，是高精度感應飛行器姿態(tài)、角度、速度和高度的元器件集合體，在飛行輔助功能中充當極其重要的角色

3、 GPS指南針模塊，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。 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。

4、LED指示燈模塊，用于實時顯示飛行狀態(tài)，是飛行過程中必不可少的，它能幫助飛手實時了解飛行狀態(tài)。

無人機控制系統(tǒng)由四部分組成：

嵌入式計算機系統(tǒng)、GPS 接收模塊、IMU、接口。

方案特點：

姿態(tài)和速度控制，正常情況下使用姿態(tài)穩(wěn)定和速度控制，在出現(xiàn)較大的干擾情況下使用速度穩(wěn)定和姿態(tài)控制，大大增加了飛行安全；實現(xiàn)了遙控手柄、航路點和地形匹配引導功能?？梢杂赏猸h(huán)生成內環(huán)控制指令；通過擴展卡爾曼（EKF）濾波實現(xiàn)GPS/INS 捷聯(lián)組合導航；對飛行負載、重心等變化的自適應性，大大提高了飛行精度和飛行安全；3M數(shù)據(jù)記錄空間；導航算法對震動和其他干擾適應能力強。即使在惡劣的震動情況下也能得到滿意的導航數(shù)據(jù)；使用VxWorks 或uCOS 操作系統(tǒng)，實時強，可靠性高，方便裁減，方便在不同硬件平臺上移植。對硬件的依賴性低。

二、無人機上常用的傳感器

江西翼眸科技有限公司無人機飛控系統(tǒng)常用的傳感器包括角速率傳感器、姿態(tài)傳感器、航向傳感器、高度空速傳感器、飛機位置傳感器、迎角傳感器、過載傳感器等。傳感器的選擇應根據(jù)實際系統(tǒng)的控制需要，在控制律初步設計與仿真的基礎上進行。

1、角速率傳感器

角速率傳感器是飛控系統(tǒng)的基本傳感器之一，用于感受無人機繞機體軸的轉動角速率，以構成角速率反饋，改善系統(tǒng)的阻尼特性、提高穩(wěn)定性。 角速率傳感器的選擇要考慮其測量范圍、精度、輸出特性、帶寬等。 角速率傳感器應安裝在無人機重心附近、一階彎振的波節(jié)處，安裝軸線與要感受的機體軸向平行，并特別注意極性的正確性。

2、姿態(tài)、航向傳感器

姿態(tài)傳感器用于感受無人機的俯仰和滾轉角度，航向傳感器用于感受無人機的航向角。姿態(tài)、航向傳感器是無人機飛行控制系統(tǒng)的重要組成部分，用于實現(xiàn)姿態(tài)航向穩(wěn)定與控制功能。 姿態(tài)、航向傳感器的選擇要考慮其測量范圍、精度、輸出特性、動態(tài)特性等。 姿態(tài)、航向傳感器應安裝在飛機重心附近，振動盡可能要小，有較高的安裝精度要求。 對于磁航向傳感器要安裝在受鐵磁性物質影響最小且相對固定的地方，安裝件應采用非磁性材料制造。

3、高度、空速傳感器（或大氣數(shù)據(jù)計算機）

高度、空速傳感器（或大氣數(shù)據(jù)計算機）用于感受無人機的飛行高度和空速，是高度保持和空速保持的必備傳感器。一般和空速管、通氣管路構成大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)。

高度、空速傳感器的選擇主要考慮測量范圍和測量精度。其安裝一般要求在空速管附近，盡量縮短管路。

4、飛機位置傳感器

飛機位置傳感器用于感受飛機的位置，是飛行軌跡控制的必要前提。慣性導航設備、GPS衛(wèi)星導航接收機是典型的位置傳感器。 飛機位置傳感器的選擇一般考慮與飛行時間相關的導航精度、成本和可用性等問題。 慣性導航設備有安裝位置和較高的安裝精度要求，GPS接收機的安裝主要應避免天線的遮擋問題。

三、無人機的主要功能

1、實現(xiàn)精準定位懸停

飛行控制系統(tǒng)，由于配置有GPS指南針模塊，可以實現(xiàn)鎖定經(jīng)緯度和高度的精準定位。即使碰到有風或者其它外力的作用下，飛行控制系統(tǒng)也能通過主控制單元發(fā)出的定位指令來自主控制飛行器以實現(xiàn)精準定位懸停。

2、智能失控保護/自動返航降落

飛行控制系統(tǒng)能自動記錄返航點，當飛行過程中，出現(xiàn)控制信號丟失，即無線遙控控制鏈路中斷的情況，飛行控制系統(tǒng)能自動計劃返航路線，實現(xiàn)自動返航和降落，使飛行或航拍更加安全可靠。

3、低電壓報警或自動返航降落

由于多旋翼飛行系統(tǒng)普遍采用電池供電的方式，巡航時間有限。為保證更高效地完成飛行作業(yè)任務，飛行控制系統(tǒng)的低電壓報警功能會及時通過LED指示燈提醒飛手當前的電壓狀態(tài)，在緊急的情況下，還可以實現(xiàn)自主返航或者降落，以保證整個飛行系統(tǒng)的安全。

4、內置（兩軸）云臺增穩(wěn)功能

云臺系統(tǒng)作為無人機航拍不可缺少的設備，主要用以穩(wěn)定相機，從而拍攝出穩(wěn)定流暢的畫面。越來越多的人采用無人機航拍，主要是因為其成本較低，性價比相對較高。除了無人機飛行系統(tǒng)以外，還需要掛載攝像設備來實現(xiàn)航拍。如果直接將攝像設備進行硬連接，會導致拍攝畫面抖動或果凍，這樣的素材即使通過軟件后期調試也基本不能使用。

5、可擴展地面站功能

飛行控制系統(tǒng)還可擴展成更加強大的地面站功能，從而實現(xiàn)超視距全自主飛行。通過地面控制終端，可提前設定飛行航線，高度及速度等參數(shù)，一鍵即可實現(xiàn)從起飛、航線飛行，返航降落等全自主飛行功能。

地面站系統(tǒng)擁有3D地圖，可視化飛行儀表，提供飛機姿態(tài)、坐標、速度、角度等實時飛行數(shù)據(jù)，同時也提供飛機及飛控系統(tǒng)狀態(tài)信息。

6、智能方向控制

智能方向控制（IOC, Intelligent Orientation Control），分為航向鎖定和返航點鎖定，是一種為多旋翼飛行器量身定制的輔助方向控制功能。在無法辨別飛行器方向的時候，可充分利用該功能對飛行器的方向進行控制。

7、熱點環(huán)繞（POI）

熱點環(huán)繞（POI，Point of Interest）功能，在GPS信號良好的情況下，可以通過撥動遙控器上預先設置好的開關，將飛行器當前所在的坐標點記錄為熱點。

以熱點為中心，在半徑5米至500米的范圍內，只需要發(fā)出橫滾的飛行指令，飛行器就會實現(xiàn)360度的熱點環(huán)繞飛行，機頭方向始終指向熱點的方向。該功能設置簡單，使用方便，可實現(xiàn)對固定的景點進行全方位拍攝的應用。

8、斷槳保護功能（六軸及以上的機型）

斷槳保護功能是指在姿態(tài)或GPS姿態(tài)模式下，飛機意外缺失某一螺旋槳動力輸出時，飛機可以采用犧牲航向軸控制的辦法，繼續(xù)保持飛行水平姿態(tài)。此時飛機可以繼續(xù)被操控，并安全返航。這一設計大大降低了炸機的風險。