问（wèn）过许（xǔ）多玩无人机的选手，都大（dà）概知道无人机可以自动悬（xuán）停，但具体根据（jù）什么实现悬停的，都说（shuō）不上来，哪（nǎ）怕有些玩了很多年的（de）老手也说不（bú）出（chū）个道道来。当然，人家只（zhī）是为了玩的尽兴，尤其业余选手，无可厚非。今天我们（men）就（jiù）一块探索探索无人机是如何（hé）实现自（zì）动悬停的，看完您就全明（míng）白（bái）了。
自动悬停的就是（shì）将无人机固定在预设的高度位（wèi）置与水平位置上，也就是一组三维座标，空间中只有三维才（cái）能定位。然而，无人机是如何（hé）知（zhī）道（dào）自己的位置的呢（ne）？说起来也很（hěn）简单，高度（dù）一般是通过超（chāo）声波传感器（测量与地面（miàn）的（de）距离）或者（zhě）是气压计（高度会影响大气压（yā）的（de）变化）来测量的（de），而水平位置（zhì）的座标则由（yóu）GPS模块来确定。当（dāng）然，GPS也可以提供高（gāo）度（dù）信息，但（dàn）对（duì）于（yú）主流的无人机来说（shuō），更倾向于使用气压计，因为低成本的GPS的数据刷新率太低，在高速运动的时（shí）候数据滞后（hòu）会导致无（wú）人机高度跌落。
除了GPS模式来定位外，无人机还有一种“姿态模式”，依靠的是内部的IMU（惯性测（cè）量单元，实际上就是（shì）一组陀螺仪+加速度计传（chuán）感器）来识别自身的飞行状（zhuàng）态和相对（duì）位移，凭借飞控员（yuán）的手动（dòng）操作，让（ràng）它（tā）到达预定位置进行悬停。
在室内GPS信号不好的情况下，还可以通过摄像（xiàng）头进（jìn）行“视（shì）觉定位”实现无人机的自动悬停。
【GPS如何（hé）定位坐标？】
GPS定位，实际（jì）上就是通过（guò）四颗（kē）已（yǐ）知位置的（de）卫星来（lái）确定GPS接收器的位置。
1、位置信息（xī）从哪里来（lái）？
实（shí）际上，运行于宇（yǔ）宙空间的GPS卫（wèi）星，每一个（gè）都在（zài）时刻不（bú）停（tíng）地通过卫星信号向全世界广播自己的当前位（wèi）置坐标信息（xī）。任何（hé）一个GPS接收（shōu）器都可以通（tōng）过天线很轻松地接收到这些信息，并且能够读懂这些信息（这其实也是（shì）每一个GPS芯片的核心功能之一）。这就是这（zhè）些位置信（xìn）息的（de）来源。
2、距离信息从哪里来？
我们已经知道每一个GPS卫星都在不辞辛（xīn）劳地（dì）广播自己的位置，那么在（zài）发送位（wèi）置信（xìn）息的（de）同（tóng）时，也会（huì）附加上该数据包发出时的时间戳（chuō）。GPS接收器收到数据包后，用（yòng）当前时间（jiān）（当前时间当然只能由（yóu）GPS接收器自己来确定了）减去时（shí）间戳上的时（shí）间，就是数据包（bāo）在空中传输所用的时（shí）间（jiān）了（le）。知道了数据包在空中的（de）传输（shū）时间，那么乘上他的传输速（sù）度，就（jiù）是数据包在空中传输（shū）的（de）距离，也（yě）就是（shì）该卫星到GPS接（jiē）收器的距离了。数据包是通过无（wú）线电（diàn）波传送的，那么（me）理想速度（dù）就（jiù）是（shì）光（guāng）速c，把传播时（shí）间记为Ti的（de）话，用公式表示（shì）就（jiù）是（shì）：
di=c*Ti(i=1,2,3,4);这就（jiù）是（shì）di(i=1,2,3,4)的来源了。
3、为什么（me）需要（yào）4颗卫星
从理论上来说，以地（dì）面点的三维坐标（biāo）（X，Y，Z）为待（dài）定参（cān）数，确实只（zhī）需要测（cè）出（chū）3颗卫星到地面点的距（jù）离就可以（yǐ）确定该点的三维坐标了（le）。但是，卫地距离是通过信号的传播时间差Δt乘以信（xìn）号的传播速（sù）度（dù）v而得到的。其（qí）中，信号（hào）的传（chuán）播速度v接（jiē）近于真空中的光速，量值非常大。因此，这就要（yào）求（qiú）对（duì）时（shí）间差Δt进（jìn）行非常准（zhǔn）确（què）的测定（dìng），如果稍有偏差，那么测得的卫地距离就会谬以千里。而时间差Δt是通过将卫星处测得的信号发射时（shí）间tS与接（jiē）收机（jī）处（chù）测得的信（xìn）号达到的时间tR求差得到的。其中，卫星（xīng）上（shàng）安置的原子钟，稳（wěn）定度很高，我们（men）认（rèn）为这种钟（zhōng）的时间与GPS时吻合；接收机处的时钟是石英钟（zhōng），稳定度（dù）一般，我们认为它的时钟（zhōng）时（shí）间与GPS时存在时间同步误差，并将这种误差作为一个待定参数。这（zhè）样，对于每个地（dì）面点实际上需要求（qiú）解（jiě）就有4个待定参数（shù），因此至少需要观测4颗卫星至地面点的卫地距离数据。从数学的角度来讲，简而言（yán）之就是求解（jiě）4个未知参数（shù），必然最少需（xū）要4个方程（chéng）式。
【超声（shēng）波如何定高（gāo）？】
超声波测距定（dìng）高，就是通过超声波发（fā）射（shè）装置发（fā）出超声波，根（gēn）据（jù）接收器（qì）收（shōu）到超声波时的时间差计（jì）算出距离。这与雷达测（cè）距原理相似。 超（chāo）声（shēng）波发射器（qì）向某一方向（xiàng）发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超（chāo）声波在空气（qì）中（zhōng）传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声（shēng）波接收器收（shōu）到反射（shè）波就立即停止计（jì）时。(超声波在空气中的传（chuán）播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计（jì）算（suàn）出发（fā）射点距障（zhàng）碍物的距离（lí）(s)，即（jí）:s=340t/2)
超声波（bō）指（zhǐ）向性强（qiáng），在介质中传播的距（jù）离（lí）较（jiào）远，因而超声波经常用于距离的测（cè）量。再加上超声（shēng）波检测往往比（bǐ）较（jiào）迅速、方（fāng）便、计算（suàn）简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达（dá）到（dào）工（gōng）业实用的要求，因此在移 动机（jī）器人的（de）研制上（shàng）也（yě）得到了广泛的应用。
【视觉定位（wèi）如何（hé）实现？】
无人机室（shì）内视觉定位系（xì）统，一（yī）般（bān）俗称“光流（liú）”。 光流(optic flow)是什（shí）么呢（ne），其（qí）实这（zhè）种视（shì）觉现象（xiàng）我们每天（tiān）都在经历（lì）,从本质上说，光（guāng）流就是你在这（zhè）个运（yùn）动着的世界（jiè）里感觉到的明（míng）显的视觉运动（没有绝对的静（jìng）止，也没有（yǒu）绝对的运动）。视觉定位系统包含有摄像（xiàng）头和超（chāo）声（shēng）波模块，它主（zhǔ）要（yào）利用内置（zhì）的光流传感（gǎn）器（qì），将像素分（fèn）布及颜色（sè）、亮度等信息转变为数（shù）字信号传送给图像处理系统进行各种运（yùn）算来抽取目标的特征（zhēng），进而根据判别的（de）结果（guǒ）来控制飞行器的动（dòng）作，超声波传感器来（lái）判别（bié）相对（duì）高度，通过（guò）高效的视觉处（chù）理（lǐ）器计算让无人（rén）机（jī）实现精（jīng）确室内定位悬停和平稳飞行。
视觉定位系统适用于高度为（wéi）3 米以（yǐ）下（xià）、无GPS 信号或GPS 信（xìn）号欠（qiàn）佳的环境（jìng），特别适（shì）用于室内飞行。它依赖地（dì）表图像来获取位移信息（xī），因而必须保证周边环境光（guāng）源充足，地（dì）面（miàn）纹理丰（fēng）富。视觉定（dìng）位系（xì）统在水面、光线昏暗的环境以及地面无（wú）清晰纹（wén）理（lǐ）的环境中无法定位。
【如何智能（néng）调节保持稳定？】
通（tōng）过各种传感（gǎn）器知道自己的高度与（yǔ）水平位（wèi）置之后，无人机要（yào）如何（hé）悬停在这个预设的位置上呢？这其实就是一套负（fù）反馈自动控制系统（偏离预（yù）设值就自动（dòng）调（diào）整（zhěng）回来）。以GPS模式为例，当无人机受到（dào）外（wài）界影响，高度有升高或者降低的趋（qū）势时，控制单（dān）元（yuán）就调节马达（dá）的功率进行反方向运动补偿；如果无（wú）人机（jī）有被（bèi）风横（héng）向吹离悬停位（wèi）置的趋势，控制（zhì）单元（yuán）可以启动（dòng）侧（cè）飞模式与之抵消——这些反应都是比较快（kuài）的（de），只（zhī）要外界影响不是大（dà）得离谱（专（zhuān）业多轴无人机一般抗四级风没有问题），专业的无（wú）人机（jī）都可以（yǐ）应（yīng）付，所以它可以（yǐ）稳（wěn）稳地定在（zài）那里。
在（zài）天气不是（shì）很好，GPS搜（sōu）星困难的时候，姿态模式就派上用场了。依靠无（wú）人机内部的（de）IMU单元，系统（tǒng）可以识（shí）别当（dāng）前的（de）飞行姿态（tài），进行（háng）自动平衡补（bǔ）偿，同样（yàng）可以实现（xiàn）高度和水平位置的（de）锁定。（掌上无人机）
咨询航拍服务可加昆明俊鹰无人机飞控手老鹰的微信laoyingfly |
