兩年來，大疆精靈系列更新了兩代，飛控技術(shù)更新了兩代，智能導(dǎo)航技術(shù)從無到有，諸多新的軟件和硬件產(chǎn)品陸續(xù)發(fā)布。同時我們也多了很多友商，現(xiàn)在多旋翼飛行器市場火爆，諸多產(chǎn)品琳瑯滿目，價格千差萬別。為了理解這些飛行器的區(qū)別，首先要理解這些飛行器上使用的傳感器技術(shù)。我覺得現(xiàn)在很有必要再發(fā)一篇科普文章，定義“智能導(dǎo)航”這個概念，順便字里行間介紹一下兩年來大疆在傳感器技術(shù)方面的努力。

　　1. 飛行器的狀態(tài)

　　客機(jī)、多旋翼飛行器等很多載人不載人的飛行器要想穩(wěn)定飛行，首先最基礎(chǔ)的問題是確定自己在空間中的位置和相關(guān)的狀態(tài)。測量這些狀態(tài)，就需要各種不同的傳感器。

　　世界是三維的，飛行器的三維位置非常重要。比如民航客機(jī)飛行的時候，都是用GPS獲得自己經(jīng)度、緯度和高度三維位置。另外GPS還能用多普勒效應(yīng)測量自己的三維速度。后來GPS民用之后，成本十幾塊錢的GPS接收機(jī)就可以讓小型的設(shè)備，比如汽車、手機(jī)也接收到自己的三維位置和三維位置。

　　對多旋翼飛行器來說，只知道三維位置和三維速度還不夠，因?yàn)槎嘈盹w行器在空中飛行的時候，是通過調(diào)整自己的“姿態(tài)”來產(chǎn)生往某個方向的推力的。比如說往側(cè)面飛實(shí)際上就是往側(cè)面傾，根據(jù)一些物理學(xué)的原理，飛行器的一部分升力會推著飛行器往側(cè)面移動。為了能夠調(diào)整自己的姿態(tài)，就必須有辦法測量自己的姿態(tài)。姿態(tài)用三個角度表示，因此也是三維的。與三維位置、三維角度相對應(yīng)的物理量是三維速度、三維加速度和三維角速度，一共是十五個需要測量的狀態(tài)。

　　這十五個狀態(tài)都對多旋翼飛行器保持穩(wěn)定飛行有至關(guān)重要的作用。拿“懸?！边@件看起來是多旋翼飛行器最基本的能力來說，實(shí)際上飛行器的控制器在背后做了一系列“串級控制”：在知道自己三維位置的基礎(chǔ)上，控制自己的位置始終鎖定在懸停位置，這里的控制量是一個目標(biāo)的懸停速度，當(dāng)飛行器的位置等于懸停位置時，這個目標(biāo)懸停速度為0，當(dāng)飛行器的位置偏離了懸停位置時，飛行器就需要產(chǎn)生一個讓自己趨向懸停位置的速度，也就是一個不為零的目標(biāo)懸停速度；飛行器要想控制自己產(chǎn)生目標(biāo)懸停速度，就需要根據(jù)自己當(dāng)前的三維速度，產(chǎn)生一個目標(biāo)加速度；為了實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)加速度，飛機(jī)需要知道自己的三維角度，進(jìn)而調(diào)整自己的姿態(tài)；為了調(diào)整自己的姿態(tài)，就需要知道自己的三維角速度，進(jìn)而調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

　　讀者可能會想哇為什么這么復(fù)雜。其實(shí)我們身邊的許多工程產(chǎn)品都在簡單的表現(xiàn)背后藏著復(fù)雜的過程。比如汽車的油門也是類似的，踩下油門之后，有傳感器測量汽油的流速、控制汽油的流速；然后有傳感器測量發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速、控制發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速……從踩油門到加速的過程中也有許許多多的傳感器在測量汽車的各個狀態(tài)量，并對這些狀態(tài)量施加控制。

　　知道十五個狀態(tài)量是多旋翼飛行器做任何動作的基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)，但是讓飛行器在任何情況下都準(zhǔn)確知道這十五個狀態(tài)量是非常困難的事情，因?yàn)楝F(xiàn)在的科技水平還沒有能夠?qū)崿F(xiàn)讓一個傳感器同時測量這么多的物理量。幾十年來，人們發(fā)展出了一套復(fù)雜的技術(shù)，叫做組合導(dǎo)航，用GPS加上慣性測量元件、氣壓計和地磁指南針來讓飛行器測量自己的十五個狀態(tài)量。