问过（guò）许多玩无人机的选手，都大概知道（dào）无人机可以（yǐ）自（zì）动悬停，但具（jù）体根据（jù）什么实现悬停的，都说不上来，哪怕有些玩了很多（duō）年的（de）老手也说不出个道道来。当然，人家（jiā）只是（shì）为了玩的尽兴，尤其业余选手，无可厚非（fēi）。今天我们（men）就一（yī）块探索探索（suǒ）无人机（jī）是如何实现自动悬（xuán）停的，看完您（nín）就全明白了。
自动悬（xuán）停的就是将无人（rén）机固定在预（yù）设的高度位置与水平位置上，也就是一组三维座标，空间中（zhōng）只有（yǒu）三维才能定（dìng）位。然（rán）而，无人机是如（rú）何知道自己的（de）位置（zhì）的（de）呢？说起来（lái）也（yě）很简单，高度一般是（shì）通过超声（shēng）波传感器（测量与（yǔ）地面（miàn）的距离）或者是气压计（高度会影（yǐng）响大气压的（de）变化）来测量（liàng）的，而水平位（wèi）置（zhì）的座标（biāo）则（zé）由（yóu）GPS模（mó）块来确定。当然，GPS也可以提供高度信息，但（dàn）对于主流的无人机来说，更倾（qīng）向于使用（yòng）气压计，因为（wéi）低成本的（de）GPS的数据刷新率太低，在高速运（yùn）动的时（shí）候（hòu）数据滞后会（huì）导致无人机高度跌（diē）落。
除了GPS模式来（lái）定位外，无人机还有一（yī）种“姿态模（mó）式”，依靠的（de）是内（nèi）部的IMU（惯性测量单元，实际上就是一组（zǔ）陀螺仪+加速度计传感器）来（lái）识别自身（shēn）的（de）飞行状态（tài）和相对位（wèi）移，凭借飞控（kòng）员的手动操作，让（ràng）它到达预（yù）定位置进行悬停。
在（zài）室内GPS信号不好的（de）情况下，还可以通过摄像（xiàng）头进行“视觉定（dìng）位”实（shí）现无人机的自动悬停（tíng）。
【GPS如何定位坐标？】
GPS定位，实际上就是（shì）通过四颗已知位置的卫星来确定GPS接收（shōu）器的位置。
1、位置信息从哪里来？
实际上，运行于宇宙（zhòu）空（kōng）间的GPS卫星，每一个都（dōu）在时刻不停地通过卫星信号向全（quán）世界广播自己的当前位置坐标信息（xī）。任何一个GPS接（jiē）收器都可以通过天线很轻（qīng）松地接收到这些信（xìn）息，并且能够读懂这些信息（这其实也是每一个GPS芯片（piàn）的核心功（gōng）能之一（yī））。这就（jiù）是这些位置信息的来源。
2、距离信息从哪（nǎ）里来？
我们已经知道每一个GPS卫（wèi）星都在不辞（cí）辛劳地广播自己的（de）位置，那（nà）么在发送（sòng）位置信息（xī）的同时，也会附（fù）加上该数据包发出时的时间戳。GPS接收器收到数据包后，用（yòng）当前时间（当前时间当（dāng）然（rán）只能由GPS接收器自己来确定了）减（jiǎn）去时间戳上的时间，就是数据（jù）包在空中传输所用的时（shí）间了。知道了数据包（bāo）在空（kōng）中的传输时间，那么乘上他（tā）的传（chuán）输速度（dù），就是（shì）数据包在空中（zhōng）传输的（de）距离，也（yě）就（jiù）是该卫星到GPS接（jiē）收器的距离了。数据包是通过无（wú）线电波传送的，那么理想速度就是光速c，把传播时间（jiān）记为Ti的话，用公式（shì）表示（shì）就是：
di=c*Ti(i=1,2,3,4);这（zhè）就是di(i=1,2,3,4)的（de）来（lái）源了（le）。
3、为什么需要4颗卫星
从理（lǐ）论上来说，以地面点的（de）三维坐标（X，Y，Z）为待定（dìng）参数，确（què）实只需（xū）要测出3颗卫星到地面点（diǎn）的（de）距离就（jiù）可以确（què）定该点的三（sān）维坐（zuò）标了。但（dàn）是，卫地距（jù）离是通过信（xìn）号的传播时间差Δt乘（chéng）以信号（hào）的传播速度v而得到的。其中，信（xìn）号的传播速（sù）度v接近于真空（kōng）中的光速，量（liàng）值非常（cháng）大（dà）。因（yīn）此，这就要求（qiú）对时（shí）间差Δt进（jìn）行非常准确的测定（dìng），如（rú）果稍有偏（piān）差，那（nà）么（me）测得的卫地距离就会谬以千里。而时间差（chà）Δt是通过将卫（wèi）星处测得的信（xìn）号发射时间tS与接收机处测得（dé）的信号达到的（de）时（shí）间（jiān）tR求差得（dé）到的。其中，卫星上安置（zhì）的原（yuán）子钟，稳定度很高，我（wǒ）们认为这种钟的时（shí）间与GPS时吻合；接收（shōu）机（jī）处的时钟是石（shí）英钟，稳定度一般，我们认为它（tā）的时钟（zhōng）时间与GPS时存在时间同步误差，并将（jiāng）这种误差作（zuò）为一个（gè）待定参数。这样，对于每个地面（miàn）点实际上需要求解就有4个待（dài）定参数，因此至少需要观测4颗卫（wèi）星至地（dì）面点的卫地距离数据。从数学的角度来讲，简而言之就是求解4个未知参数（shù），必（bì）然最（zuì）少需（xū）要4个方程式。
【超声波如何定高？】
超（chāo）声波测距定高（gāo），就是通过超声波（bō）发射装置发出（chū）超声波，根（gēn）据（jù）接收器收到超声波时的（de）时间（jiān）差计算出距离（lí）。这与雷达（dá）测距原（yuán）理相（xiàng）似。 超声波发射器向某一方向发（fā）射超声波，在发射时刻（kè）的同时开始计时，超声波（bō）在空气中传播，途中（zhōng）碰到障碍物（wù）就（jiù）立即返回来，超声波（bō）接收器（qì）收到反射波就立即停止计时。(超声波在（zài）空气（qì）中的传播速度（dù）为340m/s，根据计时（shí）器记录的时间t，就（jiù）可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即:s=340t/2)
超声波指（zhǐ）向性强，在介质中传播的距离（lí）较远，因（yīn）而超声波经（jīng）常用（yòng）于距离的测量。再加上超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易（yì）于做到实时控制（zhì），并且（qiě）在测量精度方面能达（dá）到工（gōng）业实用的（de）要求，因（yīn）此在移（yí） 动机器人的研制上也得到了广（guǎng）泛的应（yīng）用。
【视觉定位如何实现？】
无人机室内视（shì）觉定位系统（tǒng），一（yī）般（bān）俗称“光流”。 光流(optic flow)是什么呢，其实这种视觉现象我们（men）每天（tiān）都在经历,从本质上说，光流就是你在这个（gè）运动着的世界里感觉到的明显的视觉运动（没有绝对的（de）静止（zhǐ），也没（méi）有绝对的运（yùn）动（dòng））。视觉定位系统包含有摄像头和超声波模（mó）块，它主要利用内置的光流（liú）传（chuán）感（gǎn）器（qì），将像素分布及颜色（sè）、亮（liàng）度等信息转变（biàn）为数字信号传送给图像处（chù）理（lǐ）系统进行（háng）各种（zhǒng）运（yùn）算来抽取目（mù）标的特征，进而根据判别的结果来控（kòng）制（zhì）飞（fēi）行器的动作（zuò），超声（shēng）波传感器来判别相对高度（dù），通（tōng）过（guò）高效（xiào）的视觉处理器计（jì）算（suàn）让无人机实现精确室（shì）内定（dìng）位悬停和（hé）平稳（wěn）飞（fēi）行（háng）。
视觉定（dìng）位（wèi）系统适用于高度为3 米以下、无GPS 信号或（huò）GPS 信号欠佳的环境（jìng），特别适用（yòng）于室内飞行。它依（yī）赖地表图像来（lái）获取位移信（xìn）息，因而（ér）必须保证（zhèng）周边环境光源充足，地面纹理丰富。视觉定（dìng）位系统在水面、光线昏（hūn）暗的环境以（yǐ）及（jí）地面无清晰纹理的环境中无法定位。
【如何智能调节保持稳定？】
通过各种（zhǒng）传感器（qì）知道自己的高度（dù）与水平（píng）位置之后，无人机（jī）要如何悬停在这个预设的位置上呢？这其实就是一（yī）套负反馈（kuì）自（zì）动控制（zhì）系统（偏离预（yù）设（shè）值就自动调整回来）。以GPS模式为例，当无（wú）人机受到外界影响，高度有升高或者降（jiàng）低的趋势时，控制单元就（jiù）调（diào）节马达的功率进行反方向运动补偿；如果无人机有被风横向吹离（lí）悬停位置的趋势，控制单元可以启动（dòng）侧飞模式与（yǔ）之抵（dǐ）消——这些反应都是比较快的，只要外界影响不是大得离（lí）谱（专业（yè）多轴无人（rén）机（jī）一般（bān）抗四级风没有问题），专业（yè）的无人机都可以应付，所以它可以稳稳地（dì）定在那（nà）里。
在天气不是（shì）很好，GPS搜星困难的时候，姿态模式就派上用场了。依（yī）靠无人机内部的（de）IMU单元，系统可以识别当（dāng）前的飞行姿态，进行自动平衡补偿，同样可以实现高度和（hé）水平（píng）位（wèi）置的锁定（dìng）。（掌上（shàng）无人机）
咨询航拍服务（wù）可加昆明俊鹰无人机飞控（kòng）手（shǒu）老鹰的微信laoyingfly |
