无（wú）人（rén）机之所以（yǐ）能够在空（kōng）中自（zì）主飞行就是因为无人机也和人类一样（yàng），也拥有一个大脑，究竟是（shì）什么样的一个大脑才能够控制一架飞机在空中自动（dòng）驾驶（shǐ）呢？下面劲鹰（yīng）无人机来为你解答。
飞控，也称自驾仪。有（yǒu）了这套自驾（jià）仪（yí），通过地面端的电脑就或者手（shǒu）机就可（kě）以控制一架（jià）飞机自主起飞、自主（zhǔ）导航、自（zì）主降落了。
什么（me）是飞控呢？飞（fēi）控就（jiù）是飞（fēi）机飞（fēi）行控制器的简称，既然是控制器，那么这（zhè）里边也应该有一（yī）台微电脑之类的来控制（zhì）飞（fēi）机，事实上现（xiàn）在的飞控内部除（chú）了一（yī）些传感器（qì）外（wài）还有就是多块单片（piàn）机构成。
现在的飞控内部使用（yòng）的（de）都是由（yóu）三轴陀螺仪，三轴加速度计，三轴地磁传（chuán）感（gǎn）器和气压计组成的一个IMU，也（yě）称惯性（xìng）测量单元（yuán）。那么什么是三轴陀螺仪，什么是三轴加（jiā）速度（dù）计，什么是三（sān）轴（zhóu）地磁传感（gǎn）器呢（ne），气压计？它们在（zài）飞机上起到（dào）的是什么作用呢，这三轴又是哪三个轴呢？三（sān）轴陀（tuó）螺仪，三轴（zhóu）加速度计，三轴地磁传感器中的三轴指的（de）就（jiù）是飞机左右，前后垂直方向上下这三个轴，一般都用XYZ来代表（biǎo）。左（zuǒ）右方向在飞机中叫做横滚，前后方向在飞机（jī）中叫做（zuò）俯仰，垂直方向就（jiù）是Z轴。陀螺都知道，小时候基本（běn）上（shàng）都玩过，在不转动（dòng）的情（qíng）况下它很（hěn）难站在地上，只有（yǒu）转动起来了，它才会站立在地上，或者说（shuō）自（zì）行车，轮子越大越重的车子就越稳（wěn）定，转弯（wān）的（de）时候明（míng）显能（néng）够感觉到一股阻（zǔ）力，这就是陀螺效应，根据陀螺效应（yīng），聪明的（de）人们发明（míng）出的陀（tuó）螺（luó）仪。最早（zǎo）的陀螺仪是一个（gè）高速（sù）旋转的陀螺，通过三（sān）个灵（líng）活（huó）的轴将（jiāng）这个陀螺固定在（zài）一个框架（jià）中，无（wú）论外部框（kuàng）架怎（zěn）么转动，中间高速旋转的陀螺始终保持一个姿态。通过三个轴上（shàng）的传感器就能（néng）够计算出（chū）外部框架旋（xuán）转的（de）度数等数据。
由于（yú）成本（běn）高，机械结构的（de）复杂（zá），现在都被电（diàn）子陀螺仪代替，电子陀螺仪的优（yōu）势就是（shì）成（chéng）本低，体积小（xiǎo）重量轻，只有几克重，稳定性（xìng）还有精度（dù）都（dōu）比机械陀（tuó）螺高。说道这（zhè），大家也就明白陀螺仪在飞控中起到（dào）的作用了（le）吧，它就是测量XYZ三个轴的倾角的。那么三（sān）轴加速度计（jì）时干什么（me）的呢，别急，我（wǒ）来给你解答，刚刚说道三轴陀螺仪就是XYZ三个轴，现在不用说也就明白（bái）三轴加（jiā）速（sù）度计（jì）也是XYZ三个（gè）轴。当（dāng）我们开车起（qǐ）步的一（yī）瞬间就会感到（dào）背（bèi）后（hòu）有一股推力，这股推力呢就是加（jiā）速度，加速度是速度变（biàn）化量与发生（shēng）这一变化时（shí）间的比值，是描述物（wù）体变化快慢的物理量，米每二次方秒，例如一辆车在（zài）停止状态下，它的加（jiā）速度是0，起步后，从（cóng）每（měi）秒0米到每秒10米，用时10秒，这就是这辆（liàng）车的加速度，如果（guǒ）车速每（měi）秒10米的速度行（háng）驶，它的加（jiā）速度就是（shì）0，同样，用（yòng）10秒（miǎo）的时间减速，从每秒10米（mǐ）减速（sù）到（dào）每秒5米，那么它（tā）的（de）加速就是负数。三轴加速（sù）度计就是测量飞机XYZ三（sān）个轴的加（jiā）速度。
我们（men）日常出行都是（shì）根据路标或记忆（yì）来寻找（zhǎo）自己的面向的，地磁传感器就（jiù）是感知地磁的，就是（shì）一个电（diàn）子指（zhǐ）南针（zhēn），它（tā）可以（yǐ）让飞机知（zhī）道自己的飞（fēi）行朝向，机头朝向，找到任务位（wèi）置和家的位置（zhì）。气压计呢就是测量当前（qián）位置的（de）大气压（yā），都知道高度越（yuè）高，气（qì）压越低，这就是人道高原之后为什么会有高（gāo）原（yuán）反应了，气压（yā）计是通（tōng）过测量不同（tóng）位置的（de）气（qì）压，计（jì）算压差获得（dé）到（dào）当前的高度（dù），这（zhè）就是整个IMU惯（guàn）性测量（liàng）单元，它在飞机中起（qǐ）到的作用（yòng）就是感知飞机姿态的变化，例（lì）如飞机当前是前倾（qīng）还是左右倾斜（xié），机头朝（cháo）向、高度等最基本的姿态（tài）数据，那（nà）么这些（xiē）数（shù）据在飞空中（zhōng）起到的作用是什（shí）么呢？
飞控最基本的功（gōng）能（néng）控制一架飞机在（zài）空中飞行时的（de）平衡，是由IMU测量，感知（zhī）飞（fēi）机（jī）当前的倾角（jiǎo）数据通过编（biān）译器（qì）编译成电子信（xìn）号，将这个信号通过信号新时时（shí）传输给（gěi）飞控内部的（de）单（dān）片机，单片机负（fù）责的是运算，根据飞机当前（qián）的数据，计算出一个（gè）补偿方向，补（bǔ）偿角，然（rán）后将（jiāng）这个（gè）补（bǔ）偿数据（jù）编译成电子信号，传输给舵机（jī）或电机（jī），电机或舵机在去（qù）执行命（mìng）令，完成补偿动（dòng）作，然后传感器感知到飞（fēi）机平稳了（le），将（jiāng）实时数据再次给单片（piàn）机，单片机会停止补偿信号，这就形成了一个循环，大部（bù）分飞控基本上都（dōu）是（shì）10HZ的（de）内循环，也就是1秒刷新十次（cì）。这就是飞（fēi）控（kòng）最（zuì）基本（běn）的功能，如果没有此功能，当（dāng）一个角一旦倾（qīng）斜，那么飞机（jī）就会快速的失去平衡导致坠机（jī），或者说没有气（qì）压计测量（liàng）不（bú）到自己的高度（dù）位（wèi）置就会一直加油门或者一直（zhí）降油门。其次，固定翼飞控还有空速（sù）传感（gǎn）器，空速传感器一般位于机翼上或机头，但不会在螺旋桨（jiǎng）后（hòu）边，空（kōng）速传感器就是两路测量气压的传感器，一路测量（liàng）静（jìng）止（zhǐ）气（qì）压（yā），一路测量迎风（fēng）气压，在计算迎（yíng）风气压与静止气（qì）压的压（yā）差就可以算出当前的空（kōng）气流速（sù），一般（bān）是m/s。
有了最（zuì）基本的平衡、定高和指（zhǐ）南针等功能，还不足以让一家飞（fēi）机能够自主导航（háng），就像我们去某（mǒu）个商场（chǎng）一（yī）样，首先（xiān）我们需（xū）要（yào）知道商场的所在位置，知道自己所（suǒ）在的位置（zhì），然后根据交通情（qíng）况规划（huá）路线。飞（fēi）控也亦然，首先飞（fēi）控需要知道（dào）自己（jǐ）所在（zài）位置，那就需要定位的，也（yě）就（jiù）是我们常说的GPS，现在（zài）定位的有GPS、北斗、手机网络等定位系统，但是这里（lǐ）面手机网络定位是最（zuì）差的，误差好的话（huà）几十米，不好的话上千米，这种误差是飞控无法（fǎ）接（jiē）受的，由于GPS定位系（xì）统较早，在加（jiā）上是开（kāi）放（fàng）的，所以大部分飞控（kòng）采用的（de）都是GPS，也（yě）有少数采用的北斗定位。精度基（jī）本都（dōu）在3米内，一般开阔地（dì）都是50厘米左右（yòu），因环境干（gàn）扰（rǎo），或建筑物（wù）、树木之类的遮挡，定位可能（néng）会（huì）差，很有可能定位的是虚假信（xìn）号。这（zhè）也就是为（wéi）什么（me）民用无（wú）人机频频坠机、飞丢的（de）一个（gè）主（zhǔ）要（yào）原因。
GPS定位原（yuán）理就是三点定位，天（tiān）上（shàng）的GPS定位卫星距离（lí）地球表面22500千米处，它们所运动（dòng）的轨道正（zhèng）好形成一个网状（zhuàng）面，也就是说（shuō）在地球上（shàng）的任（rèn）意一（yī）点（diǎn），都有可以（yǐ）同（tóng）时收到3颗以上的卫星信号。卫星在运动的过（guò）程（chéng）中会一直不断的发出电（diàn）波信（xìn）号，信号中包含数据包，其中就（jiù）有时间信号。GPS接收（shōu）机通过解算（suàn）来自（zì）多颗卫星（xīng）的数据包（bāo），以（yǐ）及时间信号，可以清（qīng）楚的（de）计（jì）算出自己与每一（yī）颗卫（wèi）星的距离，使用三角向量关系计算（suàn）出自己所在的位置（zhì）。GPS也定位了，数（shù）据（jù）也有了，这个信号也会通过一个编译器在次编译（yì）成一个电子信号传给飞（fēi）控，让飞控知道自己所在的位置、任务的位置和（hé）距离、家的位置和（hé）距离以及（jí）当前的速度（dù）和高度（dù），然后再由飞控（kòng）驾驶飞机飞向任务位（wèi）置或回家。刚（gāng）刚我们也说了，GPS能够测速也能够测高度（dù），为什（shí）么要有气压计和（hé）空速计（jì）呢？这就是为了（le）消除误差（chà），飞机飞起来是不与地面接触的，直（zhí）接接触的是空气，假设飞行环（huán）境是无风的环境（jìng），飞机在地面滑跑加速（sù），加速到每秒20米的速度然后再拉升（shēng）降舵起飞（fēi），这（zhè）样GPS测量到的（de）数（shù）值是准确的，但是要（yào）是逆风呢，是因为机翼与空气（qì）相（xiàng）对的运动达（dá）到了一定的速度（dù）才能（néng）够（gòu）产生一定的（de）升力让飞机起飞，如果在逆（nì）风环境（jìng）下，风速每秒10米，飞（fēi）机只需要加速到每秒（miǎo）10米就可（kě）以正常离地（dì）了，如果加速到每秒（miǎo）20米，相对空气的速度已经达到了每（měi）秒30米，或者（zhě）说（shuō）顺风起（qǐ）飞（fēi），风速（sù）每秒20米，飞机GPS测速也达到了20m/s的速度（dù），这个时候拉升（shēng）降舵，飞（fēi）机动都不会动，因为相对空气速度是0米，达不到起飞条件，必须加速到每秒40米的时候（hòu）才能达到升力（lì）起飞。这就是空速计的作用，GPS测量的只是地速，刚刚降到，GPS也可以定高，第一（yī）GPS定位精度是（shì）3米内，也就是说（shuō）飞控能感知到（dào）的是平（píng）面方向的两倍误差（chà），信号（hào）不（bú）好的话（huà）十几米都有可能（néng），还有GPS不定位的时候，另（lìng）外GPS定高数据是海拔高度并不是（shì）地面垂直高度，所（suǒ）以GPS定高在飞控（kòng）中（zhōng）不管（guǎn）用。有了GPS飞控也知道飞机位（wèi）置了，也知道（dào）家的位置和任务位置（zhì），但是飞控上的（de）任务（wù）以及家的位置（zhì）飞控是怎么知道的呢，这就是地面站的作（zuò）用。
地面（miàn）站，就是在地面的（de）基站，也就是指挥（huī）飞（fēi）机的，地面站（zhàn）可以分为单（dān）点地面站或者多点地（dì）面站，像民航机场就是地面站，全（quán）国甚至全球所有的地（dì）面站都在时时联网，它们能（néng）够清（qīng）楚的知（zhī）道天上在飞行的飞机，并能时时监测（cè）到飞机当前的飞行路线，状（zhuàng）况等，以及时时（shí）的调（diào）度等。像我们用的无（wú）人机大部（bù）分（fèn）都是单（dān）点地面站，单点（diǎn）地面站一般由一到（dào）多个人值守，有技术员，场务（wù）人员，后勤员，通信员（yuán），指（zhǐ）挥员等人组成。
地面站设备（bèi）组成（chéng）一（yī）般（bān）都是由遥控器（qì）、电脑、视（shì）频显示器，电源系统，电台（tái）等（děng）设备组成，一般简单的来说就是一（yī）台电脑，一个电台，一个遥控（kòng），电脑上装有（yǒu）控（kòng）制（zhì）飞机（jī）的软件，通过航线规划（huá）工（gōng）具规划飞机（jī）飞行的线路，并设定飞行高度，飞行速度，飞（fēi）行地点，飞行任务等通过（guò）数据口连接的数传电台（tái）将任务数据（jù）编（biān）译传送至飞（fēi）控中，这（zhè）里就有讲（jiǎng）到数传电台，数传电台就（jiù）是数据（jù）传输电台，类（lèi）似（sì）我们最和（hé）耳朵一（yī）样（yàng），好比（bǐ）领（lǐng）导说今天做什么任务，我（wǒ）们（men）接受到任务并（bìng）回答然后再去执（zhí）行任务，执（zhí）行任务的时候时（shí）实情况实时汇报（bào）给领导，这其中（zhōng）通信就是（shì）嘴巴和耳朵。
数传电台就是（shì）飞机与地面站通信的一个主要（yào）工具（jù），一般的（de）数传电台采用的（de）接口协议有TTL接口、RS485接（jiē）口和RS232接口，的不过也有一（yī）些（xiē）CAN-BUS总（zǒng）线接口，频率（lǜ）有2.4GHZ、433MHZ、900MHZ、915MHZ，一般（bān）433MHZ的较多，因为433MHZ是个开放的（de）频段（duàn），再加上433MHZ波（bō）长（zhǎng）较（jiào）长，穿透力强等优势所（suǒ）以大部分民用用户一（yī）般（bān）都是用的433MHZ，距离在5千米（mǐ）到（dào）15千米不等（děng），甚至更远。最终达到的就是飞（fēi）机与电脑间（jiān）的通讯，电脑给（gěi）飞机的任务，飞机时（shí）时飞行高度，速度等很多数（shù）据（jù）都会通过它来传输。以方便我们时时监控飞（fēi）机情况，根据需（xū）要随时修改飞机航向。
整套（tào）无人机（jī）飞控工作原理就是地面站开机，规划航线，给飞控开机（jī），上传航线至飞控，再设置自（zì）动起飞（fēi）及降落参数，如起飞时离（lí）地速度（dù），抬头角度（起飞（fēi）攻角，也称迎（yíng）角），爬升高度（dù），结束（shù）高度，盘（pán）旋半（bàn）径或直（zhí）径，清空空速（sù）计等，然（rán）后检（jiǎn）查飞控中的错误、报（bào）警，一（yī）切正常（cháng），开始起飞（fēi），盘旋几周（zhōu）后在开（kāi）始飞向任（rèn）务点，执行任务，最后在降（jiàng）落，一般郊外建议伞降或（huò）手（shǒu）动滑降，根据场地选择（zé）。飞机在（zài）飞行过（guò）程中如果（guǒ）偏（piān）离航线（xiàn），飞控就会一直纠正这个（gè）错（cuò）误，一直（zhí）修正，直到复位为止。
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