无人机飞控基本原理及构成 教程

滤波算法
卡尔曼滤波（Kalman filtering）一 种利用线性系统状态方程，通过系统 输入输出观测数据，对系统状态进行 最优估计的算法。
“某米”九号平衡车
“某米”运动手环
火箭/导弹
加速度计
加速度传感器是一种 能够测量加速度的传感器 传感器在加速过程中，通 过对质量块所受惯性力的 测量，利用牛顿第二定律 获得加速度值。
加速度计基本原理
惯性测量单元（IMU）
惯性测量单元是测量物体三 轴姿态角(或角速率)以及加速度 的装置。一般的，一个IMU包 含了三个单轴的加速度计和三 个单轴的陀螺，加速度计检测 物体在载体坐标系统独立三轴 的加速度信号，而陀螺检测载 体相对于导航坐标系的角速度 信号，测量物体在三维空间中 的角速度和加速度，并以此解 算出物体的姿态。
格洛纳斯（俄罗斯） 北斗（中国）
GPS
GPS是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称。 GPS起始于1958年美国军方的一个 项目，1964年投入使用。20世纪70 年代，美国陆海空三军联合研制了 新一代卫星定位系统GPS 。主要目 的是为陆海空三大领域提供实时、 全天候和全球性的导航服务，并用 于情报搜集、核爆监测和应急通讯 等一些军事目的，经过20余年的研 究实验，耗资300亿美元，到1994年 ，全球覆盖率高达98%的24颗GPS 卫星星座己布设完成。
卫星定位系统基本原理
GPS三大要素
位置
速度
高度
RTK（载波相位差分技术）
实时处理两个 测量站载波相位 观测量的差分方 法，将基准站采 集的载波相位发 给用户接收机， 进行求差解算坐 标。
RTK示意
超声波传感器
光流传感器
MEMS系统
微机电系统（MEMS, Micro-ElectroMechanical System），也叫做微电子机械 系统、微系统、微机械等，指尺寸在几毫米 乃至更小的高科技装置。
气压计
根据大气压强检测检测当前高度的装置。
磁力计（电子罗盘）
磁力计（Magnetic 、M-Sensor）也叫 地磁、磁感器，可 用于测试磁场强度 和方向，定位设备 的方位，磁力计的 原理跟指南针原理 类似，可以测量出 当前设备与东南西 北四个方向上的夹 角。
卫星定位系统
GPS（美国） 伽利略（欧洲）
姿态
描述一个刚体坐标系和参考坐标系之间的角度位置关系。 也就是pitch（俯仰）、YAW（航向）、ROLL（横滚）。
算法
也就是姿态转换方法，控 制器 如何采集姿态传感器数据， 并对其进行融合，根据融合 的数据判断自身的运动状态。
PID 控制
飞控解码出姿态传感器的数据之后，随即将两者进 行融合的结果对姿态进行相应的调整，通过信号对电 调进行控制，这种控制方式就叫做PID控制。 P(比例) I（积分） D（微分）
像飞控一样去 思考
常见的无人机飞控传感器
陀螺仪
电子罗盘
Hale Waihona Puke Baidu
GPS 气压计
加速度计
陀螺仪（角速度计）
基于角动量守恒的理论， 用高速回转体的动量矩敏感 壳体相对惯性空间绕正交于 自转轴的一个或二个轴的角 运动检测装置。
传统机械陀螺仪示意
陀螺仪种类
机械陀螺仪
光纤陀螺仪
MEMS陀螺仪
陀螺仪常见的使用领域