天线
GPS/GLONASS 接收机
机载高度，空速航 向，姿态角传感器
图 1 无人机功能结构简图
定位与导航 控制计算机
硬件平台 （DSP 计算机）
无线电定位系统
副翼 方向舵
舵机 执行机构
其中 GPS/GLONASS 接收模块选用微小型接收装置；机载姿态传感器选用贴片 式芯片；为了保证自主导航飞行时航向的精度，除了选取航向传感器外，还应用了 一个光纤陀螺；无线电接收系统指的是无线电定位及与地面站（GCS）通讯时数据 链路的机载接收装置；机载计算机包括 3 个 DSP 处理器：GPS 接收解码 DSP，导 航 DSP 和飞控 DSP；舵机选用 Futaba 专用舵机。整个飞控导航系统体积仅为 180× 120×70 mm，总重量不超过 1.5kg（包含安装壳体）
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的线性加速度等等，这些信息反馈回主控器，需要经过数据处理如滤波， 融合，反馈回算法等。 此外如地面站（电脑中，手机中）都需要编程实现，还有一些单独模块 是可以选择个人编程的，如电调，GPS，遥控器等。
1.3．无人机编程关键技术 1，首先，是状态估计。无人机在天上飞，它必须明白自己的状态，例 如姿态，位置，速度等，才能根据控制算法来调整控制。机器人依靠各 种传感器来获取离散数据，但不幸的是，各种基础传感器，例如陀螺仪， 加速度计等，功能是很有限的，不能给你太多信息，那么就需要你写一 个状态估计程序，来把这些传感器数据处理、融合成你需要的信息。 2，是滤波。传感器的数据，在现实中，是很“脏”的，也就是说被各 种噪声污染得很厉害。要从大量噪声中过滤出真实的传感器数据，这就 涉及到滤波。比较常用的滤波算法有卡尔曼滤波与其各种非线性变体， 新一点的还有粒子滤波，能更适应非线性的真实环境。 3，控制算法。现在你已经估计了无人机的状态了，那么就需要调整各 个控制力矩的输出，将无人机调整到你需要的状态。控制算法里比较简 单和常用的有 pid 以及其各种变体，但 pid 也是一种线性控制，真实环 境是非线性的，我们一般可以通过加快控制-反馈的频率来近似。 4，任务逻辑。无人机执行具体任务的流程和逻辑。 5，通讯程序。你的指令要发给无人机，无人机的数据要传给你，涉及 到通讯的问题，这个问题比较简单，不多提。 6，上位机、地面站。要为无人机的操作准备一套人机界面。
飞控/导航系统分为飞控/导航组合、空速管、驱动信号放大器、伺服舵机四部 分。飞控/导航组合以两个协调工作的微型 DSP 计算机 MP 和 FP 为核心，MP 计算 机用于导航和任务控制以及与地面控制站的通讯；FP 飞行控制计算机用于飞机的飞 行控制和增稳控制；另有一 DSP 处理器专门负责 GPS 信息的接收。舵机的控制由 飞控 DSP 采用 PWM（脉宽调制）波来实现，因为 PWM 波控制方案适用于对各种 脉宽信号控制的扭矩舵机进行控制。三个 DSP 计算机与系统传感器集成为一体。
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管理功能。为了增强飞行控制功能，应当保证不同飞行指令下的多模式的飞行控制 能力，以便在人机交互的同时对飞机的稳定进行控制，
进行系统设计时，应当遵循在保证性能的同时尽量减小系统重量和缩小体积， 硬件电路设计力求简捷和直接。要求性能与成本兼顾，并保证系统的可靠性。
3. 系统结构介绍
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
整个无人机系统由 GPS/GLONASS 接收天线及接收机、机载传感器、无线电 接收系统、DSP 机载计算机以及执行机构五部分组成。系统功能结构模块如图 1 所 示。
2. 系统设计原则
目前，国内在起飞重量不超过 300kg 级的无人机上，飞行控制系统多采用 PC104 计算机结构或基于单片机两种分立式方案，重量重，体积大，集成化能力差。 无人机的飞行控制主要采取两种形式：第一种是采取预先编制的控制程序，来自动 控制飞行；第二种是由设置在地面、空中或舰船上的遥控指挥站来指挥。本文要给 出了一种基于 DSP 集成式结构的小型智能型无人机导航飞控设计方案，将两种控制 方式进行了有机结合，并已应用于某小型无人机上。经过试验，证明了该方法的可 行性，为今后小型化、低成本无人机自动驾驶仪的设计提供了一种新的思路。 无人机系统应首先具备完整的惯性系统和定位系统，其次应当具有完备的飞行任务
无人机编程技术及智能系统设计
1．无人机编程技术
1.1．无人机编程技术综述 无人机本身是个非常综合性的系统。就基本的核心的飞行控制部分来 说，一般包括内环和外环。内环负责控制飞机的姿态，外环负责控制飞 机在三维空间的运动轨迹。高端的无人机，依靠高精度的加速度计和激 光陀螺等先进的传感器（现在流行的都是基于捷连惯导而不是平台式）， 计算维持飞机的姿态。低端的型号则用一些 MEMS 器件来做姿态估算。 但它们的数学原理基本是相同的。具体的算法根据硬件平台的能力，可 能采用离散余弦矩阵/四元数/双子样/多子样. 高端的无人机，AHRS/IMU 采用的基本都是民航或者军用的著名产品。例 如全球鹰的利顿 LN-100G/LN-200 等。这些系统价格昂贵但精密，内部 往往是零锁激光陀螺之类。例如 LN-100G 的 GPS-INS 组合，即使丢失 GPS， 靠惯性器件漂移仍可以控制在 120m/min。低端的无人机就没那么精密讲 究了，一般都依赖 GPS 等定位系统来进行外环控制，内环用 MEMS 陀螺 和加速度计进行姿态估算。 如果把无人机看成一个完整的系统，那么还需要很多其他支持，例如任 务规划，地面跟踪等等.进行无人机编程，得看你具体是指哪方面。如 果是飞控系统，你得需要比较扎实的数学知识，对各种矩阵运算/控制 率什么的有深刻的了解。如果只是希望现有的带飞控的平台去做一些任 务，那么需要根据具体的平台来考虑。有些平台提供了任务编辑器，甚 至更灵活的任务脚本。 1.2．无人机编程模块分类： 模块分类最粗的分法就是两个模块，一个模块负责飞行，维持飞机航线 和姿态，以及和地面控制的通信，另一个模块就是功能模块，因为无人 机总是要完成一些任务，具有一定功能的，如果再细分的话飞行模块里 还有姿态控制，航线控制，GPS 定位，电源或者燃料的管理等等。功能 那一部分就看无人机要完成的任务了。如果说编程的话任何一个部分都 可以通过程序自动划实现的。 1.硬件接口编程：如控制器和各传感器之间 2.控制算法程序实现，控制姿态调整的算法，编队飞行的算法，自主飞 行智能算法等等。这些算法需要在主控器上通过机器语言（程序）实现。 3.传感器数据处理。如陀螺仪的角速度，强磁计的偏航信息，加速度计