问（wèn）过许多玩无（wú）人（rén）机的（de）选手，都（dōu）大概知道无人机可（kě）以（yǐ）自动悬停（tíng），但具体根据什么实现悬停的，都（dōu）说不上来，哪怕有些玩了很多年的老手也说不（bú）出个（gè）道道来。当然，人家（jiā）只是为了玩的（de）尽（jìn）兴，尤其业余（yú）选（xuǎn）手，无可厚非。今天我（wǒ）们就一块探索探索无人机是如何实（shí）现自动悬（xuán）停（tíng）的，看完您就全（quán）明白了。
自（zì）动悬停的就是（shì）将无人机固（gù）定在预设的（de）高度（dù）位置与水平位置上，也就是一组三维座标，空间中（zhōng）只有三维才（cái）能定位。然而，无人机是如何知道自己（jǐ）的位置的呢？说起来（lái）也很简（jiǎn）单，高度（dù）一般是通过超（chāo）声（shēng）波（bō）传（chuán）感器（qì）（测量与（yǔ）地面的距离）或者是气压计（高度（dù）会影（yǐng）响大（dà）气压的变（biàn）化）来测量的，而水（shuǐ）平位（wèi）置的座标则由GPS模块来确（què）定。当（dāng）然，GPS也可以提供高度信息，但对于主流的无（wú）人机来说，更倾向于使用（yòng）气（qì）压计，因为低成本的GPS的数据刷新率太低，在（zài）高速运动的（de）时候数据滞后会（huì）导致无人机高度跌落。
除了（le）GPS模式来定位外，无人机还有一（yī）种“姿态（tài）模式（shì）”，依靠的是内部的IMU（惯性测量单元，实际上就是一组陀螺仪+加速度计传感（gǎn）器）来识（shí）别自身的飞行状态和相对（duì）位移，凭借飞控员的手动操作，让它到达预定位置（zhì）进行悬停。
在室内GPS信（xìn）号不好（hǎo）的情况下（xià），还可以通过摄像头进（jìn）行“视（shì）觉定位”实现（xiàn）无人（rén）机的（de）自动悬停。
【GPS如何定位坐标（biāo）？】
GPS定位，实际上就是通过（guò）四颗已知位置的卫星来确定（dìng）GPS接收器的位置。
1、位置信息从哪里来？
实际上（shàng），运行于宇宙空（kōng）间的GPS卫星，每（měi）一个都在时刻不停地（dì）通（tōng）过卫（wèi）星信号向（xiàng）全世（shì）界广播自己的当前位置坐（zuò）标信息。任（rèn）何一个GPS接（jiē）收（shōu）器都可以通（tōng）过天线很轻松（sōng）地接收到这些（xiē）信息，并且能够读懂这些（xiē）信息（这其（qí）实（shí）也是每一个GPS芯片（piàn）的核心功能（néng）之一）。这就是这些位置信息的来源。
2、距离信息从哪里来？
我们已经知道每（měi）一个GPS卫星都在（zài）不（bú）辞辛劳（láo）地（dì）广播（bō）自己的位置，那（nà）么在发（fā）送位置（zhì）信息（xī）的同（tóng）时，也会（huì）附（fù）加上该数据包发出时的时间戳。GPS接收器收到数据包（bāo）后，用当（dāng）前时间（当前（qián）时间当然只能由GPS接收器自己来确定了（le））减去时间戳上的时间，就是数据包在空中传输所用的时间了。知道了数据包在空中的传输时（shí）间，那（nà）么乘（chéng）上他的传（chuán）输速度，就是数据包在空中传输（shū）的（de）距离（lí），也就是（shì）该卫（wèi）星到GPS接收器的距离了。数据包是通过无线（xiàn）电（diàn）波传送的（de），那么理（lǐ）想（xiǎng）速度就是（shì）光速c，把传播时间记（jì）为Ti的话，用（yòng）公式（shì）表示就是：
di=c*Ti(i=1,2,3,4);这就（jiù）是di(i=1,2,3,4)的来源了。
3、为什么需要4颗卫星
从理论（lùn）上来说，以地面点（diǎn）的（de）三维坐标（X，Y，Z）为待定参（cān）数（shù），确实（shí）只需要测出3颗卫星（xīng）到地面点的距离就（jiù）可（kě）以确定该点的（de）三维（wéi）坐（zuò）标了。但是，卫地距离（lí）是通过（guò）信号的（de）传（chuán）播（bō）时间差Δt乘以信号的传播速度v而得到的（de）。其中，信号的传播速度v接近于真空中（zhōng）的光速，量值非常大。因此（cǐ），这就要求对时间（jiān）差Δt进行（háng）非常（cháng）准（zhǔn）确的测定，如果稍（shāo）有（yǒu）偏差，那么测（cè）得的（de）卫（wèi）地距离就会谬以（yǐ）千里。而时间差Δt是通过将卫星处测（cè）得的（de）信号发射时间tS与接收机处测得的信号达到的时间（jiān）tR求（qiú）差得到的。其中，卫星上安置的原子钟，稳定度很高，我们认为这种钟的时（shí）间与GPS时吻合；接收机（jī）处的（de）时（shí）钟是石（shí）英（yīng）钟（zhōng），稳定度一般，我（wǒ）们认为它（tā）的时（shí）钟时（shí）间与GPS时存在时间同（tóng）步误差，并将这种（zhǒng）误差（chà）作为（wéi）一个待（dài）定参数。这样，对于每（měi）个（gè）地面点实际上需要求解就有4个（gè）待定（dìng）参（cān）数（shù），因此至少（shǎo）需要观测（cè）4颗（kē）卫星至地面点的卫（wèi）地距离（lí）数据。从数（shù）学（xué）的角度来讲，简而言之就是求解4个未知参数，必然最少需要（yào）4个方程式。
【超声波如何定高（gāo）？】
超（chāo）声（shēng）波测距定高，就是通过超声波发射（shè）装置（zhì）发出超声波（bō），根据接收器收到（dào）超声波（bō）时的时间差计算出（chū）距离。这（zhè）与（yǔ）雷达（dá）测距原（yuán）理相（xiàng）似。 超声波发（fā）射器向（xiàng）某一（yī）方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空（kōng）气（qì）中传播，途（tú）中（zhōng）碰到障碍物（wù）就立即（jí）返回来（lái），超声（shēng）波（bō）接收器收（shōu）到反射波就立（lì）即停止计时。(超声波（bō）在空（kōng）气中的传播速度为（wéi）340m/s，根据计（jì）时器记录的时间t，就可以计算出发（fā）射（shè）点（diǎn）距（jù）障碍物（wù）的距离(s)，即:s=340t/2)
超声波（bō）指向性强（qiáng），在介质中传（chuán）播的距离较远，因（yīn）而超声波（bō）经常用于距离（lí）的测量。再（zài）加上超声波检测往往（wǎng）比（bǐ）较迅（xùn）速（sù）、方便、计算简（jiǎn）单、易（yì）于（yú）做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要（yào）求，因此在移（yí） 动机器人的（de）研（yán）制（zhì）上也得到了广泛的应用。
【视（shì）觉定位如（rú）何实现？】
无人机室内（nèi）视觉定位系统，一般俗称“光流（liú）”。 光流(optic flow)是（shì）什么呢，其实这种视觉现象我们（men）每（měi）天都在经历（lì）,从本质上（shàng）说，光流就是你在这（zhè）个运动着的世界里感觉到的明显的视（shì）觉（jiào）运动（没有绝对（duì）的（de）静止（zhǐ），也没有（yǒu）绝（jué）对（duì）的运动）。视（shì）觉定（dìng）位（wèi）系统包（bāo）含有（yǒu）摄像头（tóu）和超声（shēng）波模块，它主要利用内（nèi）置的光流传感器（qì），将像素分布及颜（yán）色（sè）、亮（liàng）度等信息转变为数字信号传送给图（tú）像处理系统进行各种运算（suàn）来抽取目标的特征，进（jìn）而根据判（pàn）别的结（jié）果来控（kòng）制飞行器的（de）动（dòng）作，超声波传感（gǎn）器来判别相对高（gāo）度，通过高效的视觉处理器（qì）计算让（ràng）无人（rén）机实现精（jīng）确室内（nèi）定位悬停（tíng）和平稳（wěn）飞行。
视觉定（dìng）位（wèi）系统适用于高度为（wéi）3 米以下、无GPS 信号（hào）或GPS 信号欠佳的环境，特别适用于室内（nèi）飞（fēi）行。它依赖地表图像来获取（qǔ）位移信息，因而必须保证周边（biān）环境（jìng）光源充足（zú），地面（miàn）纹理丰富。视（shì）觉定位系（xì）统在水面、光线昏暗（àn）的环（huán）境以及地面无清晰纹理的环境中无法定位。
【如何（hé）智（zhì）能调节（jiē）保持稳（wěn）定？】
通（tōng）过各种传（chuán）感（gǎn）器（qì）知（zhī）道自己的高度与水平位置之后（hòu），无人机要如（rú）何悬停在这（zhè）个预（yù）设的位置上呢？这其实（shí）就是一套负反馈（kuì）自（zì）动（dòng）控（kòng）制系（xì）统（偏离预设值就自动调整回来）。以GPS模式为（wéi）例，当（dāng）无人机受到外界影响，高度有升高或者降低的趋势时，控制单（dān）元就调节（jiē）马达的功率进行反方向（xiàng）运动补（bǔ）偿；如果无人机有（yǒu）被风横（héng）向吹离悬（xuán）停位置的（de）趋势，控制单元可以启动侧飞模式（shì）与（yǔ）之抵（dǐ）消——这些反应（yīng）都是比较快的，只要（yào）外界影响不是（shì）大得离谱（专业（yè）多轴无人机（jī）一般抗四（sì）级风没有问（wèn）题（tí）），专业的无人机（jī）都可以应付，所以（yǐ）它可（kě）以稳稳地定在那里。
在天气不是很好，GPS搜星困难的时候，姿态模式就派上用场了。依靠无（wú）人（rén）机（jī）内部的（de）IMU单（dān）元，系统（tǒng）可以（yǐ）识别当前（qián）的飞行姿态（tài），进行（háng）自动平衡补（bǔ）偿，同样可以实现高度（dù）和水（shuǐ）平位（wèi）置的锁定。（掌上无人机）
咨询航拍服务可加昆明俊鹰无人机飞控手老（lǎo）鹰的微信（xìn）laoyingfly |
