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飛控最基本的功能控制一架飛機(jī)在空中飛行時的平衡,是由IMU測量,感知飛機(jī)當(dāng)前的傾角數(shù)據(jù)通過編譯器編譯成電子信號,將這個信號通過信號新時時傳輸給飛控內(nèi)部的單片機(jī),單片機(jī)負(fù)責(zé)的是運算,根據(jù)飛機(jī)當(dāng)前的數(shù)據(jù),計算出一個補(bǔ)償方向,補(bǔ)償角,然后將這個補(bǔ)償數(shù)據(jù)編譯成電子信號,傳輸給舵機(jī)或電機(jī),電機(jī)或舵機(jī)在去執(zhí)行命令,完成補(bǔ)償動作,然后傳感器感知到飛機(jī)平穩(wěn)了,將實時數(shù)據(jù)再次給單片機(jī),單片機(jī)會停止補(bǔ)償信號,這就形成了一個循環(huán),大部分飛控基本上都是10HZ的內(nèi)循環(huán),也就是1秒刷新十次。
這就是飛控最基本的功能,如果沒有此功能,當(dāng)一個角一旦傾斜,那么飛機(jī)就會快速的失去平衡導(dǎo)致墜機(jī),或者說沒有氣壓計測量不到自己的高度位置就會一直加油門或者一直降油門。
其次,固定翼飛控還有空速傳感器,空速傳感器一般位于機(jī)翼上或機(jī)頭,但不會在螺旋槳后邊,空速傳感器就是兩路測量氣壓的傳感器,一路測量靜止氣壓,一路測量迎風(fēng)氣壓,在計算迎風(fēng)氣壓與靜止氣壓的壓差就可以算出當(dāng)前的空氣流速。
有了最基本的平衡、定高和指南針等功能,還不足以讓一家飛機(jī)能夠自主導(dǎo)航,就像我們?nèi)ツ硞€商場一樣,首先我們需要知道商場的所在位置,知道自己所在的位置,然后根據(jù)交通情況規(guī)劃路線。
飛控也亦然,首先飛控需要知道自己所在位置,那就需要定位的,也就是我們常說的GPS,現(xiàn)在定位的有GPS、北斗、手機(jī)網(wǎng)絡(luò)等定位系統(tǒng),但是這里面手機(jī)網(wǎng)絡(luò)定位是最差的,誤差好的話幾十米,不好的話上千米,這種誤差是飛控?zé)o法接受的,由于GPS定位系統(tǒng)較早,在加上是開放的,所以大部分飛控采用的都是GPS,也有少數(shù)采用的北斗定位。
精度基本都在3米內(nèi),一般開闊地都是50厘米左右,因環(huán)境干擾,或建筑物、樹木之類的遮擋,定位可能會差,很有可能定位的是虛假信號。這也就是為什么民用無人機(jī)頻頻墜機(jī)、飛丟的一個主要原因。
GPS定位
GPS定位原理就是三點定位,天上的GPS定位衛(wèi)星距離地球表面22500千米處,它們所運動的軌道正好形成一個網(wǎng)狀面,也就是說在地球上的任意一點,都有可以同時收到3顆以上的衛(wèi)星信號。衛(wèi)星在運動的過程中會一直不斷的發(fā)出電波信號,信號中包含數(shù)據(jù)包,其中就有時間信號。GPS接收機(jī)通過解算來自多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)包,以及時間信號,可以清楚的計算出自己與每一顆衛(wèi)星的距離,使用三角向量關(guān)系計算出自己所在的位置。
GPS也定位了,數(shù)據(jù)也有了,這個信號也會通過一個編譯器在次編譯成一個電子信號傳給飛控,讓飛控知道自己所在的位置、任務(wù)的位置和距離、家的位置和距離以及當(dāng)前的速度和高度,然后再由飛控駕駛飛機(jī)飛向任務(wù)位置或回家。
剛剛我們也說了,GPS能夠測速也能夠測高度,為什么要有氣壓計和空速計呢?這就是為了消除誤差。
飛機(jī)飛起來是不與地面接觸的,直接接觸的是空氣,假設(shè)飛行環(huán)境是無風(fēng)的環(huán)境,飛機(jī)在地面滑跑加速,加速到每秒20米的速度然后再拉升降舵起飛,這樣GPS測量到的數(shù)值是準(zhǔn)確的,但是要是逆風(fēng)呢,是因為機(jī)翼與空氣相對的運動達(dá)到了一定的速度才能夠產(chǎn)生一定的升力讓飛機(jī)起飛,如果在逆風(fēng)環(huán)境下,風(fēng)速每秒10米,飛機(jī)只需要加速到每秒10米就可以正常離地了,如果加速到每秒20米,相對空氣的速度已經(jīng)達(dá)到了每秒30米,或者說順風(fēng)起飛,風(fēng)速每秒20米,飛機(jī)GPS測速也達(dá)到了20m/s的速度,這個時候拉升降舵,飛機(jī)動都不會動,因為相對空氣速度是0米,達(dá)不到起飛條件,必須加速到每秒40米的時候才能達(dá)到升力起飛。
這就是空速計的作用,GPS測量的只是地速。
剛剛講到,GPS也可以定高,第一GPS定位精度是3米內(nèi),也就是說飛控能感知到的是平面方向的兩倍誤差,信號不好的話十幾米都有可能,還有GPS不定位的時候,另外GPS定高數(shù)據(jù)是海拔高度并不是地面垂直高度,所以GPS定高在飛控中不管用。
有了GPS飛控也知道飛機(jī)位置了,也知道家的位置和任務(wù)位置,但是飛控上的任務(wù)以及家的位置飛控是怎么知道的呢,這就是地面站的作用。
地面站
地面站,就是在地面的基站,也就是指揮飛機(jī)的,地面站可以分為單點地面站或者多點地面站,像民航機(jī)場就是地面站,全國甚至全球所有的地面站都在時時聯(lián)網(wǎng),它們能夠清楚的知道天上在飛行的飛機(jī),并能時時監(jiān)測到飛機(jī)當(dāng)前的飛行路線、狀況以及飛機(jī)的時時調(diào)度等。
像我們用的無人機(jī)大部分都是單點地面站,單點地面站一般由一到多個人值守,有技術(shù)員,場務(wù)人員,后勤員,通信員,指揮員等人組成。像玩家一般都是一個人。
地面站設(shè)備組成一般都是由遙控器、電腦、視頻顯示器,電源系統(tǒng),電臺等設(shè)備組成,一般簡單的來說就是一臺電腦,一個電臺,一個遙控,電腦上裝有控制飛機(jī)的軟件,通過航線規(guī)劃工具規(guī)劃飛機(jī)飛行的線路,并設(shè)定飛行高度、飛行速度、飛行地點,飛行任務(wù)等通過數(shù)據(jù)口連接的數(shù)傳電臺將任務(wù)數(shù)據(jù)編譯傳送至飛控中,這里就有講到數(shù)傳電臺,數(shù)傳電臺就是數(shù)據(jù)傳輸電臺,類似我們最和耳朵一樣,好比領(lǐng)導(dǎo)說今天做什么任務(wù),我們接受到任務(wù)并回答然后再去執(zhí)行任務(wù),執(zhí)行任務(wù)的時候時實情況實時匯報給領(lǐng)導(dǎo),這其中通信就是嘴巴和耳朵。