無(wú)人機(jī)知識(shí)：如何讓飛行器飛到指定點(diǎn)

　　前提是這里假定底層的控制器已經(jīng)設(shè)計(jì)好，包含速度控制器-》高度控制器-》姿態(tài)控制器。常見(jiàn)的飛控的手動(dòng)操作飛行模式為姿態(tài)、定高、定點(diǎn)，要滿足以上的飛行模式，則至少需要做到速度控制器部分，即搖桿作為速度方向目標(biāo)值，控制飛行器定速飛行以及不控桿情況下的定點(diǎn)懸停。

　　然而，要實(shí)現(xiàn)飛行器的自主飛行，一般由地面站或APP給飛控發(fā)送目標(biāo)位置的經(jīng)緯度，那如何讓飛行器飛到指定點(diǎn)呢？

　　這里以返航模式舉例，引出位置控制器的必要性以及不同控制器的差異性。

　　返航模式

　　要想讓飛控完成返航功能，則必不可少的需要一個(gè)位置控制器，即根據(jù)當(dāng)前位置和目標(biāo)位置（這里指的是home點(diǎn)），得到速度目標(biāo)值，從而進(jìn)入下一級(jí)的速度控制器。

　　最簡(jiǎn)單的位置控制器：

　　根據(jù)當(dāng)前位置和目標(biāo)位置的經(jīng)緯度，分別對(duì)經(jīng)緯度求誤差，轉(zhuǎn)換成距離后，乘以一定的比例系數(shù)K，從而轉(zhuǎn)換成Vn和Ve的速度目標(biāo)值，判定當(dāng)前位置和目標(biāo)位置的距離，從而判定是否已經(jīng)完成返航，到達(dá)home點(diǎn)上空，進(jìn)行自主降落即可。

　　這個(gè)方法有什么問(wèn)題？

　　一句話概括就是沒(méi)有考慮軌跡跟蹤的問(wèn)題，即是否按照航線飛行。

　　示意圖如下

　　假設(shè)在點(diǎn)1處，進(jìn)入返航狀態(tài)，則應(yīng)該是以黑線的狀態(tài)飛往home點(diǎn)。如果由于風(fēng)力的影響，飛行器被吹到了點(diǎn)2處，以上述的返航設(shè)計(jì)方法，則會(huì)以藍(lán)色箭頭的方向飛往home點(diǎn)。雖說(shuō)不影響返航功能，但是這種不壓線的飛行，在后續(xù)的自主飛行設(shè)計(jì)中也會(huì)受到影響，所以這種簡(jiǎn)單的位置控制勢(shì)必會(huì)影響后面自主航線飛行的性能。

　　改進(jìn)：

　　位置控制器的輸入是目標(biāo)點(diǎn)的經(jīng)緯度，輸出的是Vn 、Ve方向的目標(biāo)速度，作為下一級(jí)速度控制器的輸入。與之前不一樣的地方在于，引入了垂直航線的距離，通過(guò)這個(gè)距離控制飛行器壓線飛行。

　　步驟：

　　? 根據(jù)當(dāng)前點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)的經(jīng)緯度，得到兩點(diǎn)之間的距離；

　　? 計(jì)算當(dāng)前點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)的航向角；

　　? 根據(jù)距離和航向角，計(jì)算出沿著目標(biāo)方向和垂直方向的距離；

　　? 垂直方向的距離用來(lái)判定飛行軌跡是否壓線準(zhǔn)確；

　　? 沿著目標(biāo)的距離以及補(bǔ)償?shù)拇怪钡木嚯x通過(guò)一個(gè)系數(shù)，將距離信息轉(zhuǎn)換到速度信息，再分解到NE坐標(biāo)系，得到Vn、Ve的速度目標(biāo)值。

　　設(shè)計(jì)好位置控制器后，這時(shí)實(shí)現(xiàn)自主飛行就非常簡(jiǎn)單了，只需給飛控發(fā)送目標(biāo)點(diǎn)的經(jīng)緯度即可，而航點(diǎn)飛行的策略，則可自由添加，比如到點(diǎn)懸停多長(zhǎng)時(shí)間，要不要對(duì)準(zhǔn)機(jī)頭方向，高度要不要上升或下降等等。

　　鑒于好久不更新了，先更新一篇，講一個(gè)小問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題相信很多人在實(shí)現(xiàn)功能的時(shí)候并未注意過(guò)。筆者發(fā)現(xiàn)有關(guān)軌跡跟蹤的論文文章比較多，大多理論為主，看的云里霧里，但其實(shí)要解決的問(wèn)題很簡(jiǎn)單，有興趣深挖的人可以搜尋有關(guān)l1導(dǎo)航的資料，px4開源飛控中，固定翼有用到。