差分gps的類(lèi)型_差分gps的應(yīng)用

　　世界變化快差分gps的類(lèi)型，差分gps的類(lèi)型我們雖在不知不覺(jué)間經(jīng)歷著事物差分gps的類(lèi)型的變化，未必能夠意識(shí)到變化的發(fā)生，至于思考就更是奢求。而在無(wú)人機(jī)行業(yè)，思考卻比什么都重要。

　　九十年代商務(wù)潮人標(biāo)配大哥大+BP機(jī)，千禧年后出現(xiàn)差分gps的類(lèi)型了“手機(jī)”這個(gè)詞，功能上實(shí)現(xiàn)了大哥大與BP機(jī)的結(jié)合：Dial+Massage。之后手機(jī)的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了從按鍵到鍵盤(pán)再到觸屏的變化過(guò)程，現(xiàn)如今哪款手機(jī)沒(méi)有系統(tǒng)，沒(méi)有APP，沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)功能都不敢加上“手機(jī)”二字。對(duì)于手機(jī)概念的理解不同，技術(shù)與產(chǎn)品方向也會(huì)不同?？此泼鞔_的變化過(guò)程中無(wú)數(shù)企業(yè)灰飛煙滅。

　　對(duì)于無(wú)人機(jī)行業(yè)而言，飛控系統(tǒng)是當(dāng)之無(wú)愧的系統(tǒng)核心，而它又處在怎樣的變化之中呢?

　　二十一世紀(jì)之前國(guó)內(nèi)很少聽(tīng)到“無(wú)人機(jī)”這個(gè)詞，更多的是遙控飛機(jī)或者航模。八零后的朋友們應(yīng)該還記得“舒克和貝塔”這部動(dòng)畫(huà)片，第四集中兩只小老鼠幫助皮皮魯贏得了航模比賽。那時(shí)的航模還沒(méi)有“控”，因此除了舒克操控的直升機(jī)航模外，其差分gps的類(lèi)型他小朋友都使用相對(duì)容易操控的固定翼航模。

　　2000年以后隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展以及電子航空發(fā)燒友的增加，從航模向無(wú)人機(jī)的轉(zhuǎn)變趨勢(shì)日趨明顯，很多FCM，F(xiàn)CU(Flight Control Module/Unit，詞條解釋請(qǐng)移步：城堡里學(xué)無(wú)人機(jī)：無(wú)人機(jī)行業(yè)用語(yǔ)詞典(Keep 更新ing))開(kāi)始出現(xiàn)在人們面前：國(guó)內(nèi)的KK，QQ，玉兔等，法國(guó)的MWC，德國(guó)的MikroKopter，Auto Quad，美國(guó)的Apm系列，穿越機(jī)常見(jiàn)的CC3d，Naze32，F(xiàn)3等。這些FCU通過(guò)相應(yīng)的控制算法，對(duì)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)反饋的狀態(tài)信息進(jìn)行解算，根據(jù)解算出的狀態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)合算法(一般為線性控制算法)計(jì)算控制量并輸出。FCU本身往往只涉及很小一部分狀態(tài)信息的采集，同時(shí)內(nèi)部算法一般只針對(duì)無(wú)人機(jī)本身的姿態(tài)控制或者軌跡跟蹤(很少)。因此在系統(tǒng)硬件構(gòu)成上不包含某些狀態(tài)信息獲取單元如GPS，超聲，紅外，光流，雙目等，或者不對(duì)某些狀態(tài)信息進(jìn)行處理(如某些不處理外環(huán)狀態(tài))。

　　在2012年之后，隨著航拍等市場(chǎng)需求的挖掘，無(wú)人機(jī)控制開(kāi)始從FCM，F(xiàn)CU轉(zhuǎn)向FCS(Flight Control System)，無(wú)人機(jī)廠家開(kāi)始生產(chǎn)各自的飛控產(chǎn)品，該類(lèi)產(chǎn)品更多是應(yīng)用在該企業(yè)無(wú)人機(jī)產(chǎn)品所面對(duì)的市場(chǎng)領(lǐng)域。這類(lèi)產(chǎn)品與FCU在系統(tǒng)范圍(或元素組成)上有著明顯的區(qū)別，一般不止包括FCU所涵蓋的范疇，也包括數(shù)據(jù)獲取(如云臺(tái)、攝像頭等)模塊，數(shù)據(jù)通訊模塊，GPS模塊，配套的地面站(PC端，移動(dòng)端)，SDK等。

　　但這種轉(zhuǎn)型并沒(méi)有徹底完成，由于FCS的系統(tǒng)架構(gòu)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)，相關(guān)算法，地面站功能等各個(gè)方面都與無(wú)人機(jī)本身的應(yīng)用行業(yè)息息相關(guān)，對(duì)于企業(yè)而言，真正的難點(diǎn)在于如何實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)技術(shù)與行業(yè)應(yīng)用的銜接，即FCS的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與技術(shù)發(fā)展不止于無(wú)人機(jī)，更重要的是延伸到無(wú)人機(jī)應(yīng)用的行業(yè)中去。

　　在無(wú)人機(jī)行業(yè)應(yīng)用中一批企業(yè)已經(jīng)走在前面，有的企業(yè)提供整機(jī)服務(wù)如極飛、DJI等。也有企業(yè)專(zhuān)注于提供行業(yè)FCS，其中成熟的產(chǎn)品如上海TopXGun(拓攻)的植保機(jī)專(zhuān)用飛控：T1-A及行業(yè)飛控Top-D1(第十三屆上海模型展覽會(huì)正在召開(kāi)，包括拓攻這兩款FCS在內(nèi)的很多產(chǎn)品都已參展，有興趣的朋友可以在讀完本文后面內(nèi)容后去展會(huì)現(xiàn)場(chǎng)看一看行業(yè)級(jí)FCS產(chǎn)品與實(shí)機(jī)演示效果)

　　MR.城堡將以這一類(lèi)產(chǎn)品為例與大家分享行業(yè)FCS在設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中需要考慮的問(wèn)題與處理方案。

　　無(wú)人機(jī)是基于任務(wù)的智能機(jī)器人系統(tǒng)，整體設(shè)計(jì)要根據(jù)專(zhuān)門(mén)的行業(yè)應(yīng)用進(jìn)行調(diào)整。這種調(diào)整勢(shì)必面臨來(lái)自穩(wěn)定性、控制精度、行業(yè)適應(yīng)性三個(gè)方面的挑戰(zhàn)。

　　1.穩(wěn)定性

　　穩(wěn)定性方面，行業(yè)無(wú)人機(jī)需要面對(duì)更加復(fù)雜的外部環(huán)境：強(qiáng)風(fēng)干擾，強(qiáng)磁干擾，以及特殊情況下的系統(tǒng)穩(wěn)定性，如大電流情況下的系統(tǒng)穩(wěn)定性，高溫度作業(yè)環(huán)境中的系統(tǒng)穩(wěn)定性等等。無(wú)論哪種情況，F(xiàn)CS都會(huì)首當(dāng)其沖。如強(qiáng)風(fēng)干擾下能否在維持快速響應(yīng)的同時(shí)降低相應(yīng)超調(diào)?高溫度下任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題都有可能導(dǎo)致FCS系統(tǒng)部分或全部喪失能力。更多的挑戰(zhàn)是在消費(fèi)應(yīng)用中往往不會(huì)意識(shí)到的問(wèn)題(或者影響有限)，如定位系統(tǒng)穩(wěn)定性，定位數(shù)據(jù)精度等，當(dāng)面對(duì)長(zhǎng)航時(shí)，情況多變，要求提高的行業(yè)應(yīng)用時(shí)卻可能?chē)?yán)重影響無(wú)人機(jī)任務(wù)完成情況甚至造成重大事故。

　　面對(duì)穩(wěn)定性問(wèn)題，從硬件角度出發(fā)一般有三類(lèi)解決方案。最直接的方式是增加備份系統(tǒng)或備份單元(也可稱為增加“余度”，但該詞多義，謹(jǐn)慎使用)。比如DJI精靈4中雙目視覺(jué)有兩套，IMU兩個(gè)，強(qiáng)磁計(jì)兩個(gè)。拓攻的Top-D1，T1-S等采用備份FCU來(lái)降低系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)。再有，Top-D1采用了差分GPS(DGPS)系統(tǒng)，支持GPS L1/L2、BDS B1/B2/B3雙星五頻與雙星解算，為行業(yè)應(yīng)用提供更精確的定位信息(有關(guān)于DGPS技術(shù)，MR.城堡也會(huì)在以后的專(zhuān)欄文章中展開(kāi))。另外一種方式是增加FCS核心元件質(zhì)量。比如無(wú)人機(jī)系統(tǒng)最容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)誤差與干擾的強(qiáng)磁計(jì)，在FCS設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)行業(yè)要求與任務(wù)情況進(jìn)行選擇。

　　上面的兩類(lèi)硬件改進(jìn)途徑一方面可以在很大程度上解決行業(yè)FCS系統(tǒng)面對(duì)的穩(wěn)定性問(wèn)題，但另外一個(gè)方面也勢(shì)必會(huì)增加系統(tǒng)成本。第三種方法是通過(guò)合理的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造工藝達(dá)到事半功倍的效果。

　　上圖是拓攻Top-D1的硬件圖，在每個(gè)子模塊中采用單獨(dú)處理器的分布式結(jié)構(gòu)，一方面提高了整個(gè)系統(tǒng)以及各子系統(tǒng)的的性能，更重要的是保證了FCS中最關(guān)鍵部分FCU的安全性。從圖中看出，F(xiàn)CS通過(guò)IMU，OSD，PMU等模塊與FCU剝離實(shí)現(xiàn)分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，這樣的設(shè)計(jì)方式，大家也可以在自己的設(shè)計(jì)中使用。

　　算法方面，雖然不清楚拓攻或類(lèi)似FCS設(shè)計(jì)商在行業(yè)級(jí)FCS中是否使用了特殊算法架構(gòu)，但在行業(yè)應(yīng)用中算法設(shè)計(jì)不是單獨(dú)進(jìn)行的，要配合硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及產(chǎn)品功能實(shí)現(xiàn)，這部分內(nèi)容MR.城堡會(huì)在專(zhuān)欄后續(xù)文章中進(jìn)一步展開(kāi)。

　　2.功能適應(yīng)性

　　不同的行業(yè)對(duì)無(wú)人機(jī)硬件系統(tǒng)的內(nèi)容，軟件功能，算法要求都會(huì)不同。比如在植保領(lǐng)域，無(wú)人機(jī)介入該行業(yè)的最基本功能是噴灑農(nóng)藥。面對(duì)大面積作業(yè)范圍，要求無(wú)人機(jī)能夠自動(dòng)完成相關(guān)作業(yè)任務(wù)，否則在全部人為操作下，這項(xiàng)工作很難保證高效實(shí)現(xiàn)，且無(wú)法進(jìn)行量化評(píng)價(jià)。這要求FCS不止針對(duì)無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制控制，也要能夠?qū)⑺?，藥夜噴灌系統(tǒng)納入到控制范疇。從設(shè)計(jì)角度講，F(xiàn)CS的設(shè)計(jì)范疇需要越過(guò)無(wú)人機(jī)進(jìn)入相關(guān)行業(yè)。

　　FCS在面對(duì)不同行業(yè)時(shí)，對(duì)于功能適應(yīng)的實(shí)現(xiàn)能力有著非?，F(xiàn)實(shí)的要求。由于DJI、極飛這類(lèi)提供整機(jī)產(chǎn)品的廠家沒(méi)找到對(duì)應(yīng)的FCS結(jié)構(gòu)圖，因此從專(zhuān)門(mén)的行業(yè)FCS廠商產(chǎn)品分析會(huì)容易些。比如拓攻的植保機(jī)飛控T1-A(上圖)，該飛控在硬件結(jié)構(gòu)上專(zhuān)門(mén)增添了DCU模塊處理噴灌過(guò)程的數(shù)據(jù)反饋，動(dòng)作信號(hào)等。同時(shí)將液位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為噴灌量，進(jìn)一步將噴灌量與飛行速度關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)噴藥量與作業(yè)面積的統(tǒng)一，最后將這種數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)帶入到FCS對(duì)應(yīng)的“智能作業(yè)”功能中。

　　大家可以從類(lèi)似T1-A這樣的行業(yè)產(chǎn)品中體會(huì)FCS是如何一步步通過(guò)硬件結(jié)構(gòu)、算法關(guān)聯(lián)、系統(tǒng)要素最終匹配到植保領(lǐng)域的功能需求上來(lái)。這個(gè)過(guò)程中不同的行業(yè)理解，不同的設(shè)計(jì)方式，會(huì)產(chǎn)生不同的行業(yè)FCS產(chǎn)品。

　　3.研發(fā)鏈條延伸

　　在消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)中，由于環(huán)境，法規(guī)，硬件成熟度，系統(tǒng)成熟度等原因，研發(fā)過(guò)程基本能夠壓縮在產(chǎn)品面世之前，在產(chǎn)品面世之后更多的是固件升級(jí)(往往也不會(huì)有很多升級(jí)版本)。但行業(yè)無(wú)人機(jī)的發(fā)展還處在萌芽階段，對(duì)于FCS在各個(gè)行業(yè)中的應(yīng)用情況，需求情況，系統(tǒng)匹配等方面存在諸多不確定性(甚至評(píng)價(jià)方法都不明確)，這就要求飛控企業(yè)能夠找到合適的方式實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品面市之后的研發(fā)鏈條延伸。

　　國(guó)內(nèi)專(zhuān)門(mén)進(jìn)行無(wú)人機(jī)飛控設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的公司往往比較“年輕”。以拓攻為例，成立時(shí)間約一年左右，有五款飛控產(chǎn)品面市，這個(gè)速度是非?？斓模渲型ㄓ蔑w控三款(T1,T1-S,T1-Pro)，行業(yè)飛控Top-D1,T1-A共兩款。這么多產(chǎn)品從側(cè)面說(shuō)明在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)于FCS要求上存在著多么大的靈活性與不確定性。產(chǎn)品發(fā)布之后，如何實(shí)現(xiàn)有效的行業(yè)數(shù)據(jù)反饋?如何在保證用戶權(quán)益的前提下匹配FCS升級(jí)要求?如何實(shí)現(xiàn)硬件系統(tǒng)擴(kuò)展?到底要擴(kuò)展哪些硬件?如何通過(guò)行業(yè)指標(biāo)評(píng)價(jià)FCS的使用效果?這些都意味這更大的挑戰(zhàn)，更多的工作，當(dāng)然也意味著更多的機(jī)遇。

　　FCS的設(shè)計(jì)無(wú)論是在消費(fèi)領(lǐng)域還是行業(yè)領(lǐng)域都處于非常初始的階段，產(chǎn)品體系，技術(shù)體系，研發(fā)脈絡(luò)，反饋修正方式，硬件設(shè)計(jì)，算法設(shè)計(jì)，功能設(shè)計(jì)，硬件系統(tǒng)擴(kuò)展，功能擴(kuò)展等方面都有著很多可以探索的內(nèi)容。從FCS“組裝制作”到FCS“設(shè)計(jì)”，你能收獲的不止是快樂(lè)。

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