大疆無人機無法超越，其實主要牛在其核心飛控技術

【TouchSky摩天·技術百科】最近幾年，多旋翼航拍飛行器成為了消費級無人機的主流產品形態。與遙控直升機相比，多旋翼飛行器結構簡單，造價更低；與固定翼相比，多軸飛行器操控簡單，可以隨時懸停，對場地的要求低，所以現在從玩具飛行器到大型的工業級無人機，絕大多數都是採用多旋翼飛行器平台。

而對於多旋翼無人機來說，不同名牌不同用途機型之間的機械結構差異並不大，也沒有想像中的那麼複雜。提供動力的電機裝上螺旋槳即可為多旋翼飛行平台提供動力性能，從電機和槳葉的硬體本身表現來看，其實主要表現在槳葉的旋轉速度以及螺距提供的向上升力，簡單點說，飛行器能不能「動」就靠電機，槳葉還有電調等動力系統，但是「如何動」「動得如何」其實主要性能差異在於飛控系統。飛控系統通過電調（電子調速器ESC）來控制電機轉速，使飛行器能夠精準操控和穩定懸停，讓飛行從高難度動作到普通人經過簡單學習就能很快上手。

所以，談到航拍無人機的性能指標，飛控系統（技術）決定一切！飛控系統究竟有何作用？下面我們來看一看。（飛控系統，英文Flight Controller，是無人機飛行器的控制核心單元，全成飛行控制系統，但是筆者更願意稱其為「飛行輔助控制系統」，因為它除了控制，其實也是「代駕」。

飛行狀態

飛控系統主要用于飛行姿態控制和導航，對於飛控而言，首先要知道飛行器當前的狀態，比如：三維位置、三維速度、三維加速度、三軸角度和三軸角速度等，總共15個狀態。由於多旋翼飛行器本身是一種不穩定系統，要對各個電機的動力進行超高頻率地不斷調整和動力分配，才能實現穩定懸停和飛行，所以，對於航拍無人機來說，即使最簡單的放開搖桿飛行器自主懸停的動作，也需要飛控持續監控這15個量，並進行一系列「串級控制」，才能做到穩定懸停，這一點肉眼看起來很簡單，但飛控系統裡面的運算其實是非常複雜的。

飛控系統最基礎也最難控制的技術難點，其實是要準確地感知這一系列狀態，如果這些感知數據問題或者有誤差都會導致無人機做一些非正常的動作。目前，無人機一般使用GPS、IMU（慣性測量單元）、氣壓計和地磁指南針來測量這些狀態。GPS獲取定位、在一些情況下也能獲取高度、速度；IMU主要用來測量無人機三軸加速度和三軸角速度，通過計算也能獲得速度和位置；氣壓計用於測量海拔高度；地磁指南針則用於測量航向。

由於目前感測器設計水平的限制，這些感測器測量的數據都會產生一定的誤差，並可能受到環境的干擾，從而影響狀態估計的精度。為了保障飛行性能，就需要充分利用各感測器數據共同融合出具有高可信度的15個狀態，即組合導航技術。組合導航技術結合GPS、IMU、氣壓計和地磁指南針各自的優缺點，通過電子信號處理領域的技術，融合多種感測器的測量值，獲得更精準的狀態測量。

組合導航

為了提升航拍無人機的感知能力和飛行性能，除了以上基礎感測器方案以外，現在主流的無人機產品都加入了先進的視覺感測器、超聲波感測器和IMU與指南針冗餘導航系統。 比如：「悟」Inspire 2、Phantom 4系列和「御」Mavic Pro上均配備了以上感測器與智能導航方案。雙目立體視覺系統可根據連續圖像計算出物體的三維位置，除了避障功能以外還能提供定位與測速。機身下方的超聲波模塊起到輔助定高的作用，而冗餘的IMU和指南針在一個元件受到干擾時，冗餘導航系統會自動切換至另一個感測器，極大提高了組合導航的可靠性。

正是因為這些感測器技術的完美融合，無人機有了智能導航系統，拓展了活動環境，並提升了可靠性。使用傳統導航系統的無人機在室內等無GPS的環境中無法穩定飛行，而智能導航系統在GPS信號良好時，可通過視覺提升速度和位置測量值的精度；在GPS信號不足的時候，視覺系統可以接替GPS提供定位與測速，讓無人機在室內與室外環境中均能穩定飛行。

智能導航系統引入了多個感測器，數據量和複雜程度大幅提升，獲悉大疆其實針對視覺和感測器對導航和飛行控制演算法進行多次系統重構，增加新的軟體模塊與架構，全面提升了飛行的性能與可靠性。

控制性能

飛控系統先進的控制演算法為航拍無人機的飛行和操控帶來了很高的控制品質，比如在普通狀態下的表現是控制精度高，飛行穩定，速度快。「悟」Inspire 2最高水平速度達94公里/小時，Phantom 4達72公里/小時，小巧輕便的「御」Mavic也能達到65公里/小時，而市面上其它同類型的無人機飛行速度一般在30-50公里/小時左右。高速飛行不僅對動力系統有較高的要求，更重要的是飛控要達到很高的控制品質和響應速度，除高速飛行以外，飛行器在懸停和慢速控制上也能達到很高的精度。所以，無論是在「運動模式」下高速勁爆地飛行，還是在慢速航拍作業中「細膩順滑」地精準控制，大疆航拍無人機確實可以兼顧。

另外，在設計飛控時，不僅需要考慮到正常飛行狀態的控制精度，如懸停位置控制精度，姿態控制精度等，還需要加強了異常飛況的控制品質。如在飛行器斷槳、突然受到撞擊、突加負重或被其他外力干擾後，控制恢復能力更強，魯棒性較強，能夠應對很多極端狀況，這對於飛行安全性來說尤其重要。

故障診斷

在起飛前或飛行過程中，任何微小故障都有可能引發飛行事故。如果飛控系統能實時不斷地進行故障監控與故障診斷，就能大幅降低事故發生的概率。飛控系統可以監控諸如振動、電壓、電流、溫度、轉速等各項飛行狀態參數，並通過這些監控特徵信號進行故障診斷。但是這些信號往往是複雜且沒有明顯規律的，只有通過對大量故障數據進行數據挖掘，用深度學習技術建立了飛控故障診斷系統，採用模式識別判定故障發生的概率，這套系統才能判定從空中射槳到IMU故障診斷等，對故障進行早期預報，或進行應急處理，使飛行變得更加安全。

只有最快速監測並判定故障，同時在剎那之間飛控系統採用正確信息進行飛行操控，飛行器其實是在自己「分析並拿主意」。到這裡其實你只能想到一個概念，那就是真正意義上的「智能機器人」。

不管你叫它多旋翼飛行器，還是叫它航拍無人機，又或是「空中機器人」，其實它最核心的都是「飛控系統」，所以，只有飛控系統牛才能在本質上提高安全性，穩定性以及航拍體驗。

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