关于无人机，你需要知道的都在这里了（二）_网易科技
关于无人机，你需要知道的都在这里了（二）
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三、无人机发展缘起1、军用技术溢出，成本下降引爆民用市场战争是无人机发展的头号牵引力，20世纪末经历三大技术发展浪潮毫无疑问，无人机发展的初期是为了纯粹的军事用途：一战时期英国研制的世界第一款无人机被定义为“会飞的炸弹”，二战时期德军已经开始大量应用无人驾驶轰炸机参战；二战后无人机研发的中心出现在美国和以色列，用途延伸至战地侦察和情报搜集，无人机被派往朝鲜、越南和海湾战场协助美军和以色列军队作战。正是由于无人机在侦查方面低成本、控制灵活、持续时间长的天然优势，各国军队相继投入大量经费研发无人机系统。无人机技术在20世纪末经历了三次发展浪潮、真正进入了第一个“黄金时代”：1）1990年后，全球共有30多个国家装备了师级（大型）战术无人机系统，代表机型有美国“猎人”、“先驱者”，以色列“侦察兵”、“先锋”等；2）1993年后，中高空长航时军用无人机得到迅速发展，以美国“蒂尔”无人机发展计划为代表，在波黑战争中大放异彩；3）20世纪末，旅团级（中小型）固定翼和旋翼战术无人机系统出现，其体积小、价格更低、机动性好，标志着无人机进入大规模应用时代。早期的航空技术解决的是无人机能够飞行的问题，而20世纪80年代以来现代技术的发展为无人机更高的飞行性能、更好的可靠性提供了条件，其中：1）智能化：自主飞控技术、急剧攀升的计算机处理能力推动无人机向智能化发展，真正成为“会思考”的空中机器人；2）高速带宽：高速宽带网数据链实现无人机组网和互相连通，无人机编组、空地装备联合成为可能；3）更轻的材料和传感器：材料科学和微机电技术进一步减轻无人机平台重量、提高精确度；4）更强的续航能力：电池续航能力的大幅上升，以及新能源技术赋予无人机更长的飞行时间。2、
技术向民用外溢，无人机产业化进入普及时代由于军用无人机在”3D”(DULL,DIRTY,DANGEROUS)环境下执行任务的显著优势以及灵活机动的特性，民用各行各业对无人机的应用也翘首以盼。但相比军用无人机近百年的发展历史，民用无人机在上世纪80年代军用无人机的现代系统得到大发展的基础上才开始尝试应用，各领域全面开花应用只有10余年时间。日本的民用无人机开发较早：早在1983年雅马哈公司采用摩托车发动机，开发了一种用于喷洒农药的无人直升机，1989年其成为实际首架成功用于试飞的无人直升机，2002年CERP公司及发明一款JAXA多用途民用无人机；2003年开始，耗时3年，岐阜工业协会先后开发了4代无人机产品，主要应用于森林防火、地震灾害评估等领域；美国NASA牵头成立世界级无人机应用中心：2003年美国NASA成立世界级的无人机应用中心，专门研究装有高分辨率相机传感器无人机的商业应用。近年美国国家海洋和大气管理局用无人机追踪热带风暴有关数据，借此完善飓风预警模型。2007 年森林大火肆虐时，美国宇航局使用“伊哈纳”（Ikhana）的无人机来评估大火的严重程度，以及灾害的损失估算工作。2011年墨西哥湾钻井平台爆炸后艾伦实验室公司的无人机协助溢油监测和溢油处理等。以色列也专门组建了一个民用无人机及其工作模式的试验委员会，2008年给予“苍鹭“无人机非军事任务执行证书，并与有关部门合作展开多种民用任务的试验飞行。。欧洲在2006年制定并即刻实施的“民用无人机发展路线图”，之后欧盟拟筹够一个泛欧民用无人机协调组织，为解决最关键的空中安全和适航问题提供帮助。中国起步早，近年发展较快：中国上世纪80年代，就将自行开发的无人机（脱胎于军用机型）在地图测绘和地质勘探中做了尝试。近些年，专为民用研制额”黔中“1号无人机与2010年顺利首飞，2011你那国产”蜜蜂“28无人机，可全自主起飞、着陆、悬停和航路规划，能应用农业喷洒、电力巡检、防灾应急、航拍测绘、中继通信等。对于民用领域，无人机仅仅是一个飞行平台，其功能归根到底要通过机载系统中的任务载荷设备来完成。和To B端各行各业无人机领域快速发展相比，近两年To C消费端航拍、娱乐等市场，受益于无人机各方面技术的成熟和成本的大幅下降，可谓是爆发式发展。深圳大疆成立于06年，10年仅几百万收入，13年高达8亿元，14年近30亿元。3、硬件产业链成熟、成本下降为民用&消费无人机爆发创造条件近十年民用和消费级无人机市场的兴起，和硬件产业链的成熟、成本曲线不断下降密不可分：随着移动终端的兴起，芯片、电池、惯性传感器、通讯芯片等产业链迅速成熟，成本下降，使智能化进程得以迅速向更加小型化、低功耗的设备迈进。这也给无人机整体硬件的迅速创新和成本下降创造了良好条件：
芯片——目前一个高性能FPGA芯片就可以在无人机上实现双CPU的功能，以满足导航传感器的信息融合，实现无人飞行器的最优控制。
惯性传感器——伴随着苹果在iPhone上大量应用加速计、陀螺仪、地磁传感器等，MEMS惯性传感器从2011年开始大规模兴起，6轴、9轴的惯性传感器也逐渐取代了单个传感器，成本和功耗进一步降低，成本仅在几美元。另外GPS芯片仅重0.3克，价格不到5美元。
Wifi等无线通信——Wifi等通信芯片用于控制和传输图像信息，通信传输速度和质量已经可以充分满足几百米的传输需求。
电池——电池能量密度不断增加，使得无人机在保持较轻的重量下，续航时间能有25-30分钟，达到可以满足一些基本应用的程度，此外，太阳能电池技术使得高海拔无人机可持续飞行一周甚至更长时间。
相机等——近年来移动终端同样促进了锂电池、高像素摄像头性能的急剧提升和成本下降。4、飞控系统开源，无人机飞入寻常百姓家如果说硬件成本下降解决了无人机“身体”的问题，近年来飞控系统开源化的趋势解决了无人机“大脑”的问题，从此无人机不再是军用和科研机构的专利，全世界的商业企业和发烧友都加入了无人机系统设计的大潮中，是引爆民用和消费无人机市场的“爆点”。德国MK公司是多旋翼无人机系统开源的鼻祖，其后2011年美国APM公司开放无人机设计平台彻底点燃了市场对无人机系统开发的热情，2012年以后民用和消费无人机进入了加速上行的通道。至今，国际无人机行业已经形成了APM（用户最多）、德国MK（最早的开源系统）、Paparazzi（稳定性高、扩展性强）、PX4和MWC（兼容性强）等五大无人机开源平台。以PPZ（Paparazzi）为例，始于2003年的PPZ是一个软硬件全开源的系统，至今已经形成了不仅覆盖传感器、GPS、自动驾驶软件，同时覆盖地面设备的全套成熟解决方案，既可以驱动固定翼飞机、也可以驱动旋翼机，并且可以通过地面控制软件实时监控飞机飞行的卫星地图。可以说，强大的开源飞控系统已经使得无人机全面进入“用户友好”时代。2014年10月，著名计算机开源系统公司Linux推出了名为“Dronecode”的无人机开源系统合作项目，将3D Robotics、英特尔、高通、百度等科技巨头纳入项目组，旨在为为无人机开发者提供所需要的资源、工具和技术支持，加快无人机和机器人领域的发展。根据Teal航空市场调研公司的报告，Dronecode项目使未来十年世界无人机研发、测试和评估等活动的总值达到910亿美元。 Dronecode开发界面囊括了无人越野车、无人固定翼飞机、无人直升机和各种多轴旋翼无人机等，吸收了APM、PX4等多个平台，进一步推动了系统开发的可视化和友好化。5、
无人机相关政策: 各国政策都处于持续完善中
中国无人机相关政策: 走出了规范化的第一步总的来说，2009年前，无人机处于无监管的空白状态。2009年以后至今，开始进入持证飞行阶段，但是法律法规和监管执行尚未完善和正规化，实际申请操作上模糊不清。
美国无人机相关政策: 商业无人机草案终出经历了长时间的等待，数次延期，日，美国联邦航空管理局终于公布了期盼已久的无人机商转管理办法草案。这项新规打破了之前全面禁飞的局面，但是还有待最终定案。这份规则主要适用于重量25千克以下的无人机，主要限定包括：（1）飞行时间，高速，速度，搭载限制：它限定无人机只能在白天飞行，且全程都必须保持在操作人员的视线范围内，飞行高度不得超过150米，时速不得超过160公里。不得从人头顶上飞过，不得从无人机上扔东西，机体外侧不得搭挂包裹。（2）飞行路线地点限制：无人机都必须避开飞机飞行路线和飞行限制区，必须严格遵守相关临时限飞令。无人飞机应避开人驾驶的飞机机场至少八公里。无人飞机飞行时，应始终维持于无线电操作者视界以内。（3）驾驶员资格要求：无人机操作人员至少满17岁，需考取美国联邦航空局无人机操作人员资格证书，并且通过TSA(美国运输安全管理局)的审查要求。（4）另外，关于爱好者的模型无人机，则仍然跟之前一样不受限制，只要不妨碍空中交通。
英国无人机政策：世界无人机法规领航者CAP 722 是英国民航局在英国领空内对无人机使用的指导准则, 第四版的CAP 722发布于2010年4月已适应空中导航法2009的推出。所有关于无人机的法规现在都收在空中导航法2009中. 在那之前，CAP 722是行业的参考标准，并被全世界所模仿学习与实施。这份文件强调了在英国操作无人机前需要注意的适航性和操作标准方面的安全要求。最新版的cap 722发布于2012年8月，并且对民用无人机实施相当程度的开放政策。英国民航局是无人机法规领域的领航者。
欧洲法规号监管着所有整机重量超过150公斤的无人机.无人机的设计和生产也必须和常规飞机一样遵循相关的认证规范(该规范由EuroUSC公司主导，该公司获得民航局的授权实施轻型无人机计划),并且必须获得适航认证或准飞许可. 在英国,整机重量在20公斤到150公斤的无人机需要具有英国法律下的适航性资质.如果飞行器在半径500米和低于400英尺的范围或者在隔离的飞行区域内,并且无人机和该飞行有一定的适航性保证,英国民航局可以豁免适航性认证的需求.英国民航局也会在自己调查和被推荐的基础上颁发豁免权,当前仅有一家组织获得了此项许可. 整机重量20公斤以下的无人机并不需要遵从很多主要政策要求，但是领航法第98号文中设立了一些条件。这些条件包括禁止在管制区域或者飞机场附近飞行，除非获得空管局的许可，最大高度400英尺和禁止在没有英国民航局特别许可的情况下高空作业。当前英国航空法中操控无人机并不需要认证飞行员执照.但是英国民航局要求所有潜在无人机操控者都掌握飞行资质。飞行资质可以通过完成指定课程获得,并有四家认证机构运营着培训与考试。
本文来源：36氪
责任编辑：王晓易_NE0011
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玩过大疆和淘宝拼的无人机，核心是飞控，目前国内做飞控的公司也是一抓一大把，至于这个问题，小米的无人机 ...
好产品，确实有很多CPU
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军用或者高科技高精度的工作场景自然需要更多的核心组成一个CPU来加持，一般日常拍照使用的无人拍照设备基 ...
厉害了，，，，
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计算量还是挺大的
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为了飞行平稳需要计算很多数据
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好高科技，
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大疆无人机主要做什么用
我有更好的答案
要是用来航拍的，特别是DJI大疆精灵（Phantom）3 Standard首先价格漂亮、逼真的虚拟环境中练习飞行。还有“航点飞行”（Waypoints）和“兴趣点环绕”（Point of Interest）等新功能，配备定制的94°广角定焦镜头，可录制高达每秒30帧的2.7K高清视频，可拍摄1200万像素静态照片，大疆精灵3标准版搭配同步升级的全新DJI GO移动端应用程序，帮助用户调整相机参数，支持JPEG和DNG RAW格式。另一方面。此外，DJI GO内置的飞行模拟器让用户足不出户即可在安全，并通过机身内置的WiFi高清图传系统在1公里距离内实时查看拍摄效果。航点飞行功能让用户得以通过设置航点和相机镜头角度来设计个性化路线，兴趣点环绕功能让用户对指定场景进行环绕飞行和拍摄，DJI大疆无人机产品众多，其中适合新手的要属DJI大疆精灵（Phantom）3系列：RMB 4799，其次该款产品具备25分钟续航
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您不能不知道的几大无人机飞控系统
您不能不知道的几大无人机飞控系统
辰光 发表于 02-10
您不能不知道的几大无人机飞控系统
辰光 发表于 02-10
huaqiang 编辑
在上一节无人机飞控方案文章中，小编我为大家讲解了几个工业级、农业植保无人机应用方案例子，那么今天小编我还是为大家带来几个开源无人机平台、软硬件平台、技术特征、使用传感器及其运用优缺点的对比介绍，供大家学习参考。
一、开源Ardupilot / APM 系列
APM 是在2007年由DIY无人机社区（DIY Drones）推出的飞控系统。也是迄今为止最为成熟的开源自动导航系统，可支持多旋翼、固定翼、直升机和无人驾驶车等无人设备。
APM 基于Arduino的开源平台，对多处硬件做出了改进，包括加速度计、陀螺仪和磁力计组合惯性测量单元（IMU）。由于APM良好的可定制性，APM在全球航模爱好者范围内迅速传播开来。通过开源软件Mission Planner，开发者可以配置APM的设置，接受并显示传感器的数据，使用Google map 完成自动驾驶等功能，但是Mission Planner仅支持windows操作系统。
目前，APM飞控已经成为开源飞控成熟的标杆，针对多旋翼 APM飞控支持各种四、六、八轴产品，并且连接外置GPS传感器以后能够增稳，并完成自主起降、自主航线飞行、回家、定高、定点等丰富的飞行模式。APM能够连接外置的超声波传感器和光流传感器，在室内实现定高和定点飞行。
APM系列发展至今，APM2.5 和 APM2.6已经是ardupilot飞控最终版本，APM给我们带来非常强大的功能，非常的成熟可靠，潜能被充分挖掘出来，功能也非常的丰富。但源于APM系列8位CPU计算与存储的能力已经远远不能够满足未来的运用需求了，APM系列产品的终结也是势在必行。
APM 系列支持如下自动导航板
& PX4 & 一款32位基于ARM的自动导航仪，支持很多高级特性，使用NuttX实时操作系统
& APM2 & 一款受欢迎的AVR2560 8位自动导航仪
& APM1（已终止开发） & 一款基于AVR2560的自动导航仪，使用分离式结构
由于 ArduPilot/APM 源码基于 AP-HAL 硬件抽象层编写，使代码能支持更多自动导航板变为可能。
APM 开发语言与工具：
用于ArduPilot/APM的主要飞行代码使用C++编写。支持工具使用多语言编写，最常用的是python。
目前，主要载具代码编写为&.pde&文件，由 Arduino 构建系统得来。pde文件是预处理为.cpp文件构建的一部分。pde文件中包含的声明也能提供构建规则，说明需要包含与连接到哪些库。
ArduPilot/APM支持多种地面站用于计划与控制飞行。飞行固件使用MAVLink协议，它允许飞机被任何MAVLink兼容设备控制。
& 使用最广泛的地面站就是 Mission Planner，使用用于 Windows 的C#语言编写。Mission Planner 的源码可以在github上查看。Mission Planner 也能通过 mono 运行在 Linux 与 MacOS 上。
& QGroundControl 也是地面站的一个选择，使用C++的Qt库编写
& 对于面相命令行与可编脚本地面站，你可以使用 MAVProxy
& 对于 android 平板，你可以使用 ArdroPilot 或者 DroidPlanner
其他特征：
主控芯片：AvrAtmega
主要传感器：Atmega168/328.双轴陀螺，IMU（单轴陀螺，三轴加速度计。三轴磁力计模块）。气压计.AD芯片
编译环境：Arduino IDE
开发语言：arduino
开发软件：Arduino IDE界面友好简单，Arduino语言类似于C语言
采用算法：两级PID控制方式，第一级是导航级，第二级是控制级
硬件平台：APM2.5： 板载电子罗盘；APM2.6：电子罗盘外置和GPS融合了
1. APM使用人数多，资料丰富齐全，特别是经典款APM2.5，上手快
2. 功能完全满足使用
3. apm固件相对PX4成熟
4. 有震动，姿态的日志记录，出现问题有据可查
1. 处理器相比F407落后，但是够用
2. 传感器分散，集成度不高
二、开源 PX4 / PIXHAWK 系列
PX4 系列：
PIXHAWK 是根据飞控设计需求，结合PX4系列飞控发展而来的PX4飞控单块电路板版本， PX4 系列最初有两个版本：PX4FMU与PX4IO。
PX4是一个由Lorenz Meier所在的瑞士小组所开发的学校项目，其拥有一个32位处理器，提供更多内存、运用分布处理方式并且包含一个浮点运算协处理器。相比APM，PX4 具有相对于前者10倍以上的CPU性能及其他更多方面的改进，Diydrones和3DRobotics把PX4系统视作他们下一代飞控的基础。
PIXHAWK 系列：
由3DR联合APM小组与PX4小组于2014年推出的PIXHAWK飞控是PX4飞控的升级版本，拥有PX4和APM两套固件和相应的地面站软件。该飞控是目前全世界飞控产品中硬件规格最高的产品，也是当前爱好者手中最炙手可热的产品。
PIXHAWK拥有168MHz的运算频率，并突破性地采用了整合硬件浮点运算核心的Cortex-M4的单片机作为主控芯片，内置两套陀螺和加速度计MEMS传感器，互为补充矫正，内置三轴磁场传感器并可以外接一个三轴磁场传感器，同时可外接一主一备两个GPS传感器，在故障时自动切换。
基于其高速运算的核心和浮点算法，PIXHAWK使用最先进的定高算法，可以仅凭气压高度计便将飞行器高度固定在1米以内。它支持目前几乎所有的多旋翼类型，甚至包括三旋翼和H4这样结构不规则的产品。它使飞行器拥有多种飞行模式，支持全自主航线、关键点围绕、鼠标引导、&FollowMe&、对尾飞行等高级的飞行模式，并能够完成自主调参。
PIXHAWK飞控的开放性非常好，几百项参数全部开放给玩家调整，靠基础模式简单调试后亦可飞行。PIXHAWK集成多种电子地图，爱好者们可以根据当地情况进行选择。PIXHAWK被定位为下一代无人机飞控，系统具备的所有特征，均符合未来无人机飞控系统未来发展的基础需求，未来将会有更大的发展空间。
技术规格：
32位 STM32F427 ARM Cortex M4 核心外加 FPU（浮点运算单元）
168 Mhz/256 KB RAM/2 MB 闪存
32位 STM32F103 故障保护协处理器
Invensense MPU6000 三轴加速度计/陀螺仪
ST Micro L3GD20 16位陀螺仪
ST Micro LSM303D 14位加速度计/磁力计
MS5611 MEAS 气压计
良好的二极管控制器，带有自动故障切换
舵机端口7V高压与高电流输出
所有的外围设备输出都有过流保护，所有的输入都有防静电保护
5个UART串口，1个支持大功率，两个有硬件流量控制
Spektrum DSM/DSM2/DSM-X 卫星输入
Futaba SBUS输入（输出正在完善中）
PPM sum 信号
RSSI（PWM或者电压）输入
I2C， SPI， 2个CAN， USB
3.3 与 6.6 ADC 输入
长 81.5 mm x 宽 50 mm x 高 15.5 mm
Pixhawk 的接口分配
PWM，PPM-SUM和SBUS模式下的舵机与电调的连接方法
Pixhawk 接口图
* 备注：上图中针脚1在右边
串口 1 （Telem 1），串口 2 （Telem 2） ，串口 （GPS） 针脚： 6 = GND， 5 = RTS， 4 = CTS， 3 = RX， 2 = TX， 1 = 5V.
三、开源 OpenPilot / Taulabs 系列
OpenPilot是由OpenPilot社区于2009年推出的自动驾驶仪项目，旨在为社会提供低成本但功能强大的稳定型自动驾驶仪。这个项目由两部分组成，包括OpenPilot自驾仪与其相配套的软件。其中，自驾仪的固件部分由C语言编写，而地面站则用C++编写，并可在Windows、Macintosh OSX和Linux三大主流操作系统上运行。
OpenPilot的最大特点是硬件架构非常简单，从它目前拥有的众多硬件设计就可以看出其与众不同之处。官方发布的飞控硬件包括CC、CC3D、ATOM、Revolution、Revolution nano等，衍生硬件包括Sparky、Quanton、REVOMINI等，甚至包含直接使用STM32开发板扩展而成的FlyingF3、FlyingF4、DescoveryF4等，其中CC3D已经是300mm以下轴距穿越机和超小室内航模的首选飞控，而DiscoveryF4被大量用于爱好者研究飞控，Quanton更是成为了Taulabs的首选硬件。
下面我们来说说Openpilot旗下最流行的硬件CC3D。
此飞控板只采用一颗72MHz的32位STM32单片机和一颗MPU6000就能够完成四旋翼、固定翼、直升机的姿态控制飞行（注意，该硬件可进行的是三自由度姿态控制，而不是增稳），电路板大小只有35mm&35mm。
与所有开源飞控不同，它不需要GPS融合或者磁场传感器参与修正，就能保持长时间的姿态控制。以上所有功能全部使用一个固件，通过设置便可更改飞机种类、飞行模式、支持云台增稳等功能。
其编译完的固件所需容量只有大约100KB，代码效率令人惊叹，是所有飞控程序员学习的楷模。其地面站软件集成了完整的电子地图，可以通过电台实时监测飞机状态。
TauLabs飞控是OpenPilot飞控的衍生产品。当前TauLabs最流行的硬件叫做Quanton，由原OpenPilot飞控小组成员独立完成。
它继承了OpenPilot简单高效的特点，并扩展了气压高度计和三轴磁场传感器，将主控单片机升级为带有硬件浮点运算的Cortex-M4核心。该飞控是最早支持自动调参的开源飞控产品，带有模型辨识算法，能够在飞行中进行自整定姿态PID控制参数。TauLabs能够完成许多高级飞行模式，连接外置GPS后可使多旋翼具备定高、定点、回家等功能。飞控集成了电子地图，且界面非常友好，使用向导模式进行初始化，初学者可以简单上手。
Multi Wii Copter（MWC）飞控是一款典型的Arduino衍生产品，是专为多旋翼开发的低成本飞控，它完整地保留了Arduino IDE开发和Arduino设备升级和使用的方法。由于成本低、架构简单、固件比较成熟，因此该飞控在国内外拥有大量爱好者。除了支持常见的四、六、八旋翼以外，该飞控的最大特点是支持很多奇特的飞行器类型，比如三旋翼、阿凡达飞行器（BIcopter avatar style）、Y4型多旋翼（其中两轴为上下对置）等，使得该飞控的开发趣味性较强，容易博得大家的喜爱。
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