【转载】民用无人机（UAV）为什么能自动悬停？

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来源：电脑报
作者：疯狂博士

无人机像蜻蜓一样在半空悬停进行航拍，这些中高端的无人机为什么可以做到这一点？它是如何处理气流的影响的？为什么我们自己玩的遥控飞机没办法做到自动悬停（一股微风一来就飘走了）？其中的奥秘就在于无人机上各种传感器和自动控制系统。


要想自动悬停，首先得知道自己的位置


专业无人机的飞控系统中都备有IMU（右上）和GPS（下）套件

我们知道，自动悬停的意思就是将无人机固定在预设的高度位置与水平位置上，其实也就是一组三维座标。不过，无人机是如何知道自己的位置的呢？其实说起来也很简单，高度一般来说是通过超声波传感器（测量与地面的距离，比较少见）或者是气压计（高度会影响大气压的变化）来测量的，而水平位置的座标则由GPS模块来确定。

当然，GPS也可以提供高度信息，但对于主流的无人机来说，更倾向于使用气压计，因为低成本的GPS的数据刷新率太低，在高速运动的时候数据滞后会导致无人机高度跌落。

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（惯性测量单元，实际上就是一组陀螺仪+加速度计传感器）来识别自身的飞行状态和相对位移。


智能调节系统消除外界干扰


通过各种传感器知道自己的高度与水平位置之后，无人机要如何悬停在这个预设的位置上呢？这其实就是一套负反馈自动控制系统（意思就是偏离预设值就自动调整回来）。

以GPS模式为例，当无人机受到外界影响，高度有升高或者降低的趋势时，控制单元就调节马达的功率进行反方向运动补偿；如果无人机有被风横向吹离悬停位置的趋势，控制单元可以启动侧飞模式与之抵消——这些反应都是比较快的，只要外界影响不是大得离谱（专业多轴无人机一般抗四级风没有问题），专业的无人机都可以应付，你所看到的就是它稳稳地定在那里没有动。

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。依靠无人机内部的IMU单元，系统可以识别当前的飞行姿态，进行自动平衡补偿，同样可以实现高度和水平位置的锁定。


无人机悬停精度如何？

2000元级的无人机已经内置了GPS系统，一般来说，万元以下的发烧玩家级无人机可以实现误差在垂直0.8米、水平2.5米精度范围内自动悬停，其他机型的悬停精度在产品参数表中都有标明。当然，这个级别的无人机也具备“专家模式”，你可以通过手动来进行高精度的微调。

2000元级的无人机也有带GPS系统的机型，可以实现智能悬停，当然稳定性会比发烧级要差一些；800～1000元级别的机型，一般还是可以依靠IMU单元来实现悬停，精度和稳定度则更差一些；至于更入门的娱乐机型——就只能靠你灵巧的双手来稳住了。


GPS系统还能让无人机自动返航


要是无人机飞出了遥控器的控制范围怎么办？具备GPS系统的无人机可以根据卫星定位自动返航，而且还能预判现有电量是否够返航，如果电量即将低于返航下限值，也会自动返航。

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