看透无人机飞控这十年

“无人机”——从神秘的高科技词汇到日常娱乐的代名词

曾经，提及无人机，总会引发人们疑惑与赞叹的混合目光。在科幻电影中的无人机似乎总是与“好莱坞大片”、“特种部队”等高端场景紧密相连。对于一位二十郎当岁的小伙来说，谈论无人机总能让人感受到一种高大上的气息。

十年后的今天，无人机的神秘面纱已经被揭开，它不再是遥不可及的科技瑰宝。就连隔壁王大爷的外孙子也能轻松地在楼下放飞无人机。那些曾经致力于无人机的工程师们，如今在家庭聚会上却最怕被问及：“能给你大侄子弄一个玩玩么？”或者“下个月你表弟结婚，咱们搞个航拍怎么样？”这样的问题。

从科幻电影中的梦幻存在到现实生活中的娱乐玩具，无人机的发展可谓是日新月异。随着技术的进步和普及，无人机的身影已经融入了我们日常生活的方方面面。它的应用领域不断扩大，从农业、环保到娱乐产业，都能见到无人机的身影。

如今，当我们谈论无人机时，更多的是在分享一种生活方式和兴趣爱好。无论是飞翔爱好者还是专业摄影师，都在通过无人机探索新的领域和视角。在这个时代，无人机已经成为我们生活的一部分，它不再只是科幻电影中的梦幻存在，而是我们手中的玩具和工具。我们享受着无人机带来的便利和乐趣，同时也期待着它在未来的更多可能。随着展会的普及，无人机逐渐从高大上的专业术语，飞入了寻常百姓家。这十年间，无人机的概念经历了技术的飞速进步、资本的涌入、专家的解读以及国民对新奇事物的热切期待。它不仅涵盖了传统的“UAV”，也包括了大家所熟知的“Drone”。

对于老美来说，“无人机”通常被视为一种有趣的玩具或是不能随意乱飞的航空模型。但“UAV”这个词在国外更多地应用于、和特殊行业的无人机上，这些系统更为复杂，对可靠性和智能性有着更高的要求。

无人机种类繁多，今天我们来聊聊垂直起降无人机的飞控技术。这种无人机因其垂直起降的特点而受到广泛欢迎和应用，例如单旋翼、多旋翼以及垂直起降固定翼等。本文的目的是为读者提供关于这类无人机的技术和知识，而不涉及任何具体的公司或团队名称以避免广告嫌疑。它们代表了现代科技的新浪潮，在人们的日常生活中发挥着越来越重要的作用。随着技术的不断进步和应用领域的扩展，我们可以预见未来无人机将在更多领域大放异彩。让我们共同期待这一美好的未来吧！《“让选择不再左右为难”——飞控技术的来龙去脉及选型指南》

十年之前，无人机的研发领域主要是航空、气动、机械等领域的人才在主导，他们主要关注的是如何让飞机稳定飞行、飞得更快、更高。随着科技的不断进步，特别是芯片、人工智能和大数据技术的迅猛发展，无人机的研发领域逐渐拓宽，吸引了自动化、机械电子、信息工程、微电子等专业的精英加入。这十年间，无人机技术从军事应用逐渐走进了普通百姓的生活，甚至让没有专业背景的人也能通过短暂学习就能实现稳定可靠的飞行娱乐。不可否认的是，飞控技术的发展是推动这十年无人机变革的最大动力。

回顾飞控技术的发展历程，我们可以发现它分为两大流派、三种起源。

让我们来了解一下以苏俄和欧美为代表的两类技术体系。飞控技术的发展最初源于军事需求，这一技术在战争中的应用更是不可忽视。从一战、二战到伊拉克战争，无论是苏俄还是欧美国家，都开始了有人飞机的无人化改造以及新研制无人机的工作。这些高技术发展的初期，都不可避免地受到了军事需求的影响和推动。随着技术的进步和应用领域的拓宽，飞控技术逐渐从军事领域走向了民用领域，成为了当今智能化、终端化、集群化趋势的重要推动力之一。飞控技术的历史可以追溯到军事应用的发展历程。在无人机的选型过程中，了解飞控技术的起源和发展历程是非常重要的，可以帮助我们更好地选择适合自己需求的无人机产品。随着无人机市场的不断扩大和技术的不断进步，飞控技术也将继续发挥重要作用，为无人机的应用和发展提供更多的可能性。现在让我们进一步深入了解飞控技术的内涵及其在实际应用中的选型指南。苏俄在无人机领域继承了其载人机控制的深厚技术底蕴，直接运用了战斗机的飞控计算机于早期飞控硬件之中。其控制算法始终基于分型模态分段辨识、建模、控制的方法，这种方法通过精确的风洞测试与机理建模，细致分析了飞行器在不同飞行状态下的参数变化，如起飞、悬停、低速、中速、高速以及降落等。在每个特定状态，都有相应的控制器设计来确保飞行器的稳定运行。这种方式的优点在于硬件经过了长期飞行验证，且控制算法在系统稳定性方面有着坚实的理论基础。它的缺点在于硬件较为笨重，难以预测实际飞行中可能出现的所有状态变化。

与苏俄不同，欧美国家在无人机飞控技术方面采取了更为前瞻性的策略。上世纪中期开始，欧美就布局了前沿技术的探索和积累，其中DARPA（美国国防部高级研究计划局）在其中扮演了重要角色。该机构推动了大量的军事科技研发项目，涵盖了军工企业、研究所和大学等各个领域的团队。这些团队通过多年的中小型无人机试飞试验，形成了一套以嵌入式计算机为硬件核心、自适应控制为算法的新型飞控体系。这种体系通过不断的试验和改进，已经取得了显著的成果。这些团队的合作模式一般为：军工企业牵头进行项目研发，研究所负责演示验证，大学则负责理论算法的研究。在这种合作模式下，欧美国家的无人机飞控技术得以迅速发展，形成了独特的优势。

DARPA作为美国国防部的一个重要行政机构，一直致力于研发用于军事用途的高新科技。其在无人机领域的研究和探索，不仅推动了相关技术的创新和发展，也为全球无人机行业的进步做出了重要贡献。通过多年的努力，DARPA及其合作伙伴已经形成了一套成熟的飞控体系，为欧美国家在无人机领域的领先地位奠定了坚实的基础。欧美和苏俄的派系差异在飞控技术上表现得尤为明显。欧美地区在很大程度上摒弃了传统的模态分段控制，不再对不同飞行状态进行建模和参数辨识。相反，他们采用了先进的在线辨识技术。这意味着在飞行器飞行过程中，控制器能够自我判断所处的状态及参数，根据这些信息灵活调整控制策略或参数。这一流派的优点在于系统体积小、重量轻，大大缩短了新型无人机的研发周期，并提升了其智能化水平。其缺点是需要长时间的理论和技术积累，且在某些情况下无法证明全局系统的稳定性。但无论如何，飞控技术的发展已成为关键的使能技术之一，推动了美国无人机的世界领先地位，也促使其他国家纷纷效仿。

谈及飞控的三种起源——固定翼飞控、开源飞控和自研飞控，每一位涉足无人机领域的人都对其有所了解。飞控技术之复杂，让许多圈外人难以想象那些声称“高可靠”、“军工级”、“全自主”的飞控是如何研发出来的。要了解这三种起源，你便能与飞控专家交流时显得更为资深。

APM：开源飞控的璀璨瞬间

当我们谈及“开源飞控”，想必这是市场上最为普遍的飞行控制方案之一。其源于DIY无人机时期，初心是为了满足欧美“极客”、“创客”们对自由飞行的憧憬。历史总是充满转折。

在中国，“极客”这个词似乎又被赋予了新的含义。原本分享的、富有创新精神的项目，在中国某些群体的手中被迅速商品化，开源飞控也不例外。这些被商品化的产品不仅面向普通玩家，更被销售到了农业、电力乃至等行业用户手中。这种趋势令人忧心。

这些直接商品化的开源飞控，本质上更像是未经打磨的“半成品”。它们身上带有明显的天然缺陷：

天然基因中的缺失：

1. 硬件器件缺乏可靠性和规模化验证：这些开源飞控所使用的硬件器件，没有经过严格的可靠性测试和大规模应用验证。这意味着在实际应用中可能会出现不稳定或安全隐患。对于行业用户来说，这无疑是一个巨大的风险。

开源飞控曾代表着自由与创新的精神，但在商业化的浪潮下，其原始的精神和初衷似乎被逐渐稀释。希望我们能更多地关注这些技术背后的真正价值，而不是仅仅追求短期的商业利益。

你是否知道，那些供极客们和爱好者DIY的开源飞控，其实是一种“半成品”的存在？其硬件选型往往源自消费级器件，如移动终端所用的部件，或是其他机器人技术。这种设计初衷不仅体现了整体系统架构的简洁与成本控制，更展现了对未来产品化过程的深思熟虑。从硬件层面来看，这些器件的选择旨在满足基本的飞行需求，同时也为后续的个性化开发提供了广阔的空间。这种设计并非完美无缺。由于缺乏对温度、环境、振动等多因素的深入考虑，加之批量供货的不确定性，实际应用中可能会面临一系列挑战。不过正因如此，也为后续的改进与创新提供了源源不断的动力。

接下来，让我们聊聊软件技术体系的现状。目前开源飞控的软件技术体系中存在一些问题，如冗余严重和资源不足。出于通用性的考虑，这些飞控系统适配几乎所有类型的飞行器，通信协议中预留了大量负载字段，占用了大量系统资源。这些特性导致了底层程序、控制策略、通信协议段的过度冗余，以及内存和计算资源的不足。这种情况可能会导致后续开发陷入一种“应付”的状态，影响产品的稳定性。这不仅需要解决技术问题，也需要从系统设计之初就考虑到资源分配的合理性。毕竟真正的飞行不是儿戏，每一个细节都可能影响到飞行的安全。所以针对这些问题，需要采取更加精细化的设计和管理策略来确保系统的稳定性和可靠性。

“鱼龙混杂的市场”——如何挑选一流飞行控制系统？

在充满挑战的无人机市场中，什么是优秀的飞行控制系统（飞控）？如何找到适合自己的飞控系统呢？这个问题让许多无人机厂商和飞行爱好者感到困惑。衡量飞控的“好坏”，主要应关注以下四个方面：适配性、稳定性、功能性和服务支持。

一、适配性

当前，拥有自主飞控技术的无人机厂商并不多见。许多公司选择采购成熟的飞控系统，专注于机体设计和市场开拓。由于不同厂商的机体设计思路各异，选择一款既能快速适配自家飞机，又能保证飞行稳定性的飞控系统，无疑是成功的重要保障。如果能有一款飞控系统，能够兼容公司不同类型、不同款的飞机，那将大大提高研发效率，降低维护成本，这无疑是企业梦寐以求的。

二、稳定性

随着技术的不断进步，飞控系统已经基本趋于稳定，市场也日渐成熟。没有经过试用的飞控系统，客户往往不会轻易购买。那么，如何判断飞控系统的稳定性呢？

三、功能性

一个优秀的飞控系统不仅要有良好的稳定性和适配性，还要具备丰富的功能。这些功能包括但不限于自动起飞、自动巡航、自动返航、故障自诊断等。这些功能能够大大提高飞行的安全性和便利性。

四、服务支持

一个好的飞控品牌必然会有完善的服务支持体系。从售前咨询到售后维护，从技术支持到软件更新，良好的服务支持能够确保用户在遇到问题时得到及时解决，这也是衡量一个飞控品牌的重要指标之一。

探访飞控产业，介绍三大关键要素

在飞控产业中，想要了解一个公司的实力和成熟度，不妨通过“三看”诀窍来深入了解。

“一看”公司产能。想要确保飞控产品的工艺流程、质量管理和测试体系健全，年产至少达到1000套以上。这是基础，也是公司实力的体现。

紧接着，“二看”器件筛选。对于工业级产品，尤其是需要“归零”管理的产品，器件筛选的重要性不言而喻。考察公司在器件筛选方面的流程、筛选率等，能确保基础器件的稳定性，这是飞控产品稳定性的关键。

“三看”测试环境。飞控产品对故障“零容忍”，必须经历模块级测试、产品级测试、系统级测试。而真正的考验在于整机安装后的飞行测试，只有经过严格的全检，确保产品无懈可击，才能出厂。

说到功能，虽然当前的飞控炸机率仍处于3%-20%的较高水平，但我们不能停止对功能的追求。开源飞控拥有丰富的生态，能快速响应外在功能性需求；而自研飞控则能更深入地满足功能性定制，缩短系统性功能需求的开发周期。无论是哪种方式，都在推动飞控产业的发展和进步。

通过“三看”诀窍，我们能更深入地了解飞控产业和公司实力。在这个充满挑战和机遇的产业中，我们期待更多的创新和突破，推动飞控技术的不断进步。飞控系统，除了基础的飞行功能，其强大的功能清单如下：

1. 高精度定位及控制：即差分GPS技术，确保飞行位置的绝对精确。

2. 自动跟踪地势变化：特别适用于农田喷洒，能自动适应不同的地形。

3. 避障自动化：在飞行过程中，自动检测并避开障碍物，确保飞行器的安全。

4. 定制飞行规划：用户可灵活定义飞行路径，如A-B点飞行、覆盖特定区域飞行，甚至在飞行任务中断后继续飞行。

5. 手持终端任务规划与监控：通过现代科技设备如手机、PAD或笔记本，下达飞行任务并实时监控飞行状态。

6. 远程监控与分析：借助移动运营商的网络，在远程地点也能对飞行过程进行实时监控，并分析其运行状态，及时发现并处理潜在故障。

服务：飞控优劣的隐形砝码

在评估飞行控制（飞控）系统时，大家对于性能、精准度和耐用性这三个关键词往往有着清晰的认识。对于服务这一要素，许多人可能会感到困惑。尤其在面向B端客户的领域，如农业植保应用中，服务的价值显得尤为突出。想象一下农田施药的作业季，从3月持续到10月，其中旺季更是要求设备高强度、大负荷、不间断作业。温差大、湿度高、环境复杂的农田中，设备故障难以完全避免。而优质的售后服务就显得至关重要。它意味着7x24小时不间断的技术支持、配件快速更新以及现场调试指导。这些服务不仅能最大程度地减少用户的损失，还能确保他们获得预期的效益。而这些专业化的服务，往往只有飞控生产厂商才能提供，且做得最好。

飞控研发的艰辛之路——“十年磨一剑”

飞控作为无人机的核心技术之一，其重要性无需赘述。很多无人机厂商在尝试自主研发时，常常因为技术积累不足、可靠性问题以及技术迭代速度慢而中途折戟。许多人在经历了失败之后，都会感慨“飞控的研发确实不易”。

那么，飞控的技术现状究竟如何呢？从简单的“飞行”到高级的“交互”，其发展层次丰富且逐步升级。这其中涵盖了三个层次：首先是基本的飞行控制，接着是环境感知，最后是用户与设备之间的交互。每一个层次都代表着技术的飞跃和挑战。

初探无人机飞行的两大层次：从“飞行”到“感知”的跃迁

当我们谈论无人机的飞行，我们首先要了解的是它的基础——第一级的“飞行”。这不仅仅是简单的升空，而是无人机对自身状态的深度理解，通过稳定控制完成预定航线的自动飞行。这一阶段，如同飞行控制的入门，使无人机能够在空旷区域进行远程侦察等任务。面对复杂环境，如农业、物流、巡检等领域，它如何应对？楼房密集的城市环境能否躲避？如何找到适合的降落地点？

答案并不简单。我们必须迈向第二级——“感知”。在这一层次，无人机不仅仅要了解自身状态，更需对外界环境了如指掌。通过传感器，无人机感知外界，实现数据的采集与处理。这一过程涉及传感器选型、数字滤波、多传感器数据融合等技术，使无人机在复杂环境中如鱼得水，自如完成任务。

当我们谈论飞控技术的进阶时，不禁思考：这是否已经足够？未来的无人机能否实现更多的功能？与地面机器人相比，无人机的技术状态似乎还停留在50年前，那时的机器人仅能稳定行走、越过障碍物并记录场景。现代地面机器人不仅“感知”，更具备复杂的“交互”能力，如拆弹、换电瓶等高风险任务。那么，为什么无人机不能实现“交互”？为什么不能在空中进行危险品的采样、输电线路的维修更换、货物的自动抓取与运输？答案是：一切皆有可能。交互是建立在感知的基础上，对环境中的目标进行交互作业的过程。

那么，按照这种分类，当前无人机大约处于1.5级水平。飞控的开发在不同技术层级中到底面临哪些难点？如何克服这些难点呢？

我们来看看“飞行”。垂直起降无人机的最大控制特性是其静不稳定特性。保持平衡需要不断的姿态和位置调整，就像用指尖平稳托起一支筷子一样具有挑战性。无人机的控制需要每秒300次的感知和计算，任何失误都可能造成机器坠毁和任务失败。一套完整的飞控系统包含近1000个器件，其复杂程度远超普通手机。这需要硬件系统的完善与扩展性，强大的计算能力和高带宽的通信能力。器件的选择需根据商业、工业、军工等不同等级的需求进行。在实时嵌入式操作系统上构建的控制算法需要具备自身及环境适应性。全产品检验包括温度、压力、振动、电磁兼容、飞行性能等各个方面。

无人机的飞行控制是一个复杂而富有挑战性的领域。从“飞行”到“感知”，再到未来的“交互”，无人机技术的发展潜力巨大。面对诸多技术难点和挑战，我们需要不断探索和创新，推动无人机技术的不断进步。

科幻电影里的人机感知逐渐成真 走进“感知”的世界。人类常常以自己的标准来衡量外界，误以为好莱坞大片中的科技奇迹已成现实。但实际上，人类的感知与思维能力是经过数千年的进化才形成的，相较之下，机器人的发展虽然迅速，但仍有很长的路要走。我们的眼睛拥有极高的分辨率和各种自动调整功能，而无人机的感知能力，尤其是通过摄像机和计算能力方面，仍然远远未能与之匹敌。要提升无人机的感知能力，需要引入多种传感器，如激光、声纳、雷达等，并有效整合流媒体、离散矩阵等结构化和非结构化数据。这需要综合运用物理、数学、电子和电路等多领域的知识。 “交互”的挑战令人惊叹！设想一下，当发生大面积停电时，无人机通过自主巡查发现输电线路破损。随后，它伸出机械手进行空中维修任务，这一过程包括废件摘除、备件更换、绝缘胶带缠绕等。尽管这些动作看似简单，但在空中执行却异常困难。航天员在空间站和潜航员在水下的任何动作都面临极大的挑战，因为他们都处于悬浮状态，任何动作都会产生反作用力导致定位和操作的不确定性。无人机的空中交互也面临同样的问题。要实现有效的空中交互，首先需要进行精确的预测性感知，判断在反作用力作用后系统的状态。还需要通过整体建模或解耦控制来消除操作臂运动对飞行器的影响，并确保在操作臂与目标接触和移动过程中，外力对飞行器的影响最小化，以实现安全的交互任务。 随着技术的不断进步，人机感知和交互的难题正逐渐被攻克。未来，我们或许能在更多领域看到无人机的身影，它们将为我们带来更高效、更便捷的服务体验。

追溯飞控技术的历史长河，我们不禁要问，未来的飞控技术将走向何方？经过十年的积淀与回顾，飞控技术已展现出蓬勃生机。那么，再往后看十年，飞控技术又将如何描绘其宏伟蓝图呢？

未来的飞控，仍旧是技术的核心吗？答案是肯定的。未来的飞控技术又将呈现怎样的发展趋势呢？让我们一同探讨。

我们预见的是硬件SoC化的浪潮。无人机飞控已经迎来片上系统（SoC）的时代。各大科技巨头如高通、Intel、英飞凌以及华为海思等，纷纷通过投资、收购消费无人机团队或企业，深度涉足此市场。飞控SoC之所以选择消费级无人机作为突破口，不仅因为消费级无人机数量庞大、投入产出比更高，而且其应用环境相对理想，对可靠性和平均无故障时间的要求较低。传统的芯片厂商需要与无人机企业在软件方面进行深度结合和定制开发，这也从侧面反映了飞控软件的难度之大。硬件SoC化的趋势不可阻挡。在解决了相关问题后，SoC将带来成本的大幅降低，更多的飞控企业将专注于应用层、数据端的技术研发。

紧接着，我们看到的是软件模块化的趋势。硬件的标准化将带动软件的升级与迭代，形成一个更好的生态。不同的开发者可以通过标准的底层驱动支持和通信协议来分享软件代码。想象一下，不同的传感器处理程序、飞行控制算法、任务规划模块以及诊断软件都被定义为模块化程序，这些模块将形成飞控软件的商业模式，通过付费或其他形式降低新功能开发的难度，使更多的注意力集中在任务层或业务层。这一趋势将使飞控技术的发展更加迅猛，为行业带来前所未有的机遇与挑战。

在这个充满变革的时代，飞控技术的未来充满了无限可能。我们期待着更多的创新与技术突破，为飞行控制领域带来更多的惊喜与突破。让我们共同期待这个充满希望的未来吧！系统终端化：未来无人机影响深远，每个人或将与之紧密相连

我们正处于一个技术革新的时代，其中系统终端化的趋势正逐渐显现，这一变革尤其对无人机领域影响深远。如今的无人机系统仍然将飞行器视为核心资产，仿佛是人们手中的宝贝，虽然珍贵却未能充分发挥其最大价值。而未来，无人机将在各类应用中逐渐转变，成为一系列终端设备的一部分。在这一转变过程中，飞控将扮演核心角色。它不仅关乎无人机的飞行控制，更将成为数据终端的核心。随着终端化的发展，大量的飞行状态、任务数据以及载荷状态将被记录、回传、分发，而用户和其他利益相关方可以通过付费等商业模式获取这些有价值的信息。与此系统终端化的趋势还将使无人机融入我们的日常生活和工作中，无论消费、农业、巡视等领域，都将与之紧密相连。这一变革将深刻影响每一个人。

与此通信网络化也是无人机发展的一个重要趋势。尽管无人机已经发展了上百年，但过去绝大多数情况下的通信都是点对点的直接联系。如今，随着美国GPS战略的推进和移动运营商们的敏锐捕捉，通过卫星进行各类无人机等终端的组网成为可能。尽管目前由于带宽、成本等问题尚未在商用中广泛推广，但随着智能手机增长率的放缓以及无人机终端化的趋势，移动运营商们纷纷推出了面向无人机应用的移动通信解决方案。这些解决方案使得无人机可以作为终端接入商用网络，虽然目前仍存在网络不稳定、覆盖区域不全等问题，但随着无人机数据价值的增加以及移动通信技术的高速发展驱动和无人机管控压力的增大，飞控网络化趋势不可阻挡。未来的无人机将在运营商的网络支持下实现更广泛的应用和更高效的运营。这一变革不仅将为相关产业带来巨大机遇，也将深刻改变人们的生活方式和工作方式。▲无人机与大数据的交融，正在孕育一场产业界的崭新革命。

数据可视化，正是这场革命的核心。在大数据的浪潮中，我们见证了数据的重要性，对于无人机与大数据的结合也早已期待已久。尽管无人机大数据时代的来临受到终端化初起步、网络化尚未完全覆盖以及数据来源有限等制约因素，但无人机的数据价值在行业应用中的深度挖掘，却让人充满期待。

无人机的应用领域广泛，涵盖了数十种行业，每一种都有其独特的行业模式和深厚的壁垒。这样的特性使得各类数据融合的可能性降低，但这也为无人机大数据的深入挖掘提供了丰富的素材。我们需要超越简单的强调大数据的意义，转而聚焦于通过无人机的飞控数据搜集能力，获取高频的有效信息。对这些数据进行深入分析，提炼出有价值的数据精华，实现真正的“可视化”数据。

这些“可视化”数据，能够直接服务于各行各业，为行业带来实质性的变革。从农业、交通、环保到能源、建筑等领域，无人机与大数据的结合将开启全新的应用场景，推动产业的升级与进步。这是一场深度的产业变革，一场由无人机与大数据共同引领的革新风暴，值得我们期待和关注。