室内四旋翼无人飞行器定位导航的研究现状与关键技术_肖支才
四旋翼飞行器飞行控制技术综述
四旋翼飞行器飞行控制技术综述【摘要】四旋翼飞行器是一种多旋翼飞行器，具有稳定性好、机动性强等特点，被广泛应用于无人机、航拍等领域。
本文对四旋翼飞行器的发展历程、基本结构、传统飞行控制方法、先进飞行控制方法以及在不同领域的应用进行了综述。
在未来发展方面，四旋翼飞行器飞行控制技术将更加智能化、自主化，以应对更多复杂的飞行任务。
对于四旋翼飞行器飞行控制技术的展望，我们可以看到其潜力巨大，将为航空领域带来更多创新。
四旋翼飞行器的飞行控制技术在不断进步，将助力无人机等领域的快速发展和应用。
【关键词】四旋翼飞行器，飞行控制技术，发展历程，基本结构，传统飞行控制方法，先进飞行控制方法，应用领域，未来发展，展望，总结。
1. 引言1.1 四旋翼飞行器飞行控制技术综述四旋翼飞行器飞行控制技术是指通过对四个旋翼的控制，实现飞行器的姿态稳定、高度保持、定位等功能。
随着无人机技术的飞速发展，四旋翼飞行器在民用、军事、科研等领域得到了广泛应用。
在四旋翼飞行器飞行控制技术中，有传统方法和先进方法两种主流技术。
传统方法主要包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等；而先进方法则包括了自适应控制、模型预测控制、强化学习等。
不同的控制方法各有优缺点，适用于不同的飞行场景和要求。
四旋翼飞行器也在不同领域得到了广泛应用，如农业、消防救援、电力巡检等。
未来，随着航空技术的不断进步，四旋翼飞行器飞行控制技术将迎来更大的发展空间。
展望未来，可以通过结合人工智能、大数据等技术，实现四旋翼飞行器的智能化和自主化飞行。
四旋翼飞行器飞行控制技术的不断创新将为无人机行业带来更加广阔的发展前景。
2. 正文2.1 四旋翼飞行器的发展历程四旋翼飞行器的发展历程可以追溯到十九世纪，当时已有人构想出四旋翼飞行器的概念。
但直到二十世纪二战期间，四旋翼飞行器才得到了实际应用的机会。
德国的Flettner Fl 282“鼓鼓”直升机是二战期间最著名的四旋翼飞行器之一，它在反潜侦察和护航任务中发挥了重要作用。
无人飞行器的导航与控制技术研究
无人飞行器的导航与控制技术研究随着科技的快速发展，无人飞行器（UAV）已经逐渐进入了人们的视野，并且在军事、商业、民用等各个领域都得到了广泛的应用。
然而，无人飞行器的导航和控制技术是其实现自主飞行的关键所在。
一、无人飞行器的导航技术无人飞行器的导航技术是指无人飞行器在空中的定位、导航、控制和落地流程中所需的一系列技术。
它主要包括三个方面的技术：位置定位、路线规划和实时航迹控制。
1.定位技术定位技术是无人机导航的首要技术，其精度将直接影响到无人机的导航精度。
目前，常用的无人机定位技术有GPS定位、惯性导航和视觉导航。
其中，GPS定位凭借其高精度、广覆盖和便捷性等特点，被广泛使用在无人机中。
同时，GPS定位还可以和惯性导航技术相结合，通过卡尔曼滤波算法获得更加准确的位置信息。
2.路线规划技术路线规划技术是指设计出一种最优的轨迹来指导无人机飞行，使其到达指定目的地。
在路线规划过程中，必须同时考虑无人机的飞行速度、飞行高度、飞行距离、空气动力学参数等多个因素。
目前，常用的无人机路线规划算法有A*算法、DSD算法和遗传算法等。
3.航迹控制技术航迹控制技术是指无人机在飞行过程中实时控制其飞行轨迹，以使其飞行轨迹与规划好的理论轨迹尽量接近。
无人机的航迹控制技术主要包括反馈控制和前馈控制两种形式。
其中，前馈控制是指在无人机飞行过程中，根据飞行预测，提前设计出相应的控制策略。
二、无人飞行器的控制技术无人飞行器的控制技术是指在无人机完成各项导航任务的基础上，实现飞机姿态控制和飞机动力控制等任务。
其主要包括三个方面的技术：姿态控制、动力控制和信号控制。
1.姿态控制姿态控制是指无人机在飞行过程中对其姿态进行控制的技术。
姿态控制可以套用PID控制方法，并通过电机的速度和转动角度进行调节。
2.动力控制动力控制是指控制无人机在飞行过程中所需的动力输出。
其主要涉及电池、电机、电调器等方面的控制技术。
3.信号控制信号控制是指无人机中各组件之间的信号传输与控制。
四旋翼无人机研究现状及研究意义
四旋翼无人机研究现状及研究意义虽然目前四旋翼飞行器因为自身诸多优点吸引了很多研究者的注意，并且己经被应用到各种领域，但是在技术方面依然存在很多难题需要克服。
其中，最为关键的问题便是飞行控制问题，在设计控制策略方面主要存在两个方面的困难：第一，难以对其建立精确的数学模型。
和一般飞行器一样，四旋翼飞行器在飞行过程中，不仅要受到重力、空气动力、本体升力等作用，还要受到未知并且变化的气流等外部干扰的影响，这导致很难获得准确的气动性能参数，从而难以建立精确有效的数学模型，大大阻碍了设计控制效果优良的控制策略的设计。
第二，四旋翼飞行器是一个典型的多输入多输出(MIMO)、非线性、强耦合的欠驱动系统，同时对干扰比较敏感，这大大增加了控制的难度，使得飞行控制系统的设计变得非常困难。
针对四旋翼飞行器，目前主要有三种控制策略：局部线性化、非线性控制和智能控制。
(1)局部线性化方法局部线性化方法是基于线性化的思想，首先将四旋翼飞行器的非线性模型通过小扰动模型思想或者局部线性化的思想转化为线性模型，然后基于线性控制方法设计控制器，其主要包括传统PID控制和最优LQR控制。
PID控制基本思想是将四旋翼飞行器的模型分为化个独立的线性化通道，并分别对每个通道设计PID控制律，步骤简单，易于实现。
例如，Salih设计了一种PID控制器对四旋異飞行器进行飞行控制，他将四旋翼系统分为全驱动和欠驱动通道，分别对两个通道设计ＰＩＤ控制器，并通过仿真证明了控制器的有效性[8]。
LQR(Linear Quadratic Regulator)即线性二次型调节器是一种最优控制策略，基本思想是在满足性能函数取得最优值的约束下，根据相应原理设计控制器。
例如，高青等人为四旋翼飞行器的姿态稳定控制提出了新的LQR控制器，该控制器能够实现姿态的快速稳定控制并跟踪参考输入[9]；李一波等人采用一种指令跟踪増广LQR方法设计了飞翼式无人机纵向姿态控制律，并取得不错的控制效果[10]。
四旋翼无人机地面目标跟踪系统的研究与设计的开题报告
四旋翼无人机地面目标跟踪系统的研究与设计的开题报告1.选题的背景和意义近年来，随着四旋翼无人机的广泛应用，其在军事、民用和商业领域的重要性逐渐凸显，其中一项重要的应用就是用于地面目标跟踪。
地面目标跟踪系统可以为各种应用场景提供重要的支持，例如军事侦察、气象预警、公共安全等。
但当前的四旋翼无人机地面目标跟踪系统仍然存在一些问题，如跟踪能力、定位精度、自适应性等方面的提升空间，因此研究和设计一种优秀的四旋翼无人机地面目标跟踪系统，对于当前和未来的应用场景都具有重要的意义。
2.研究的内容本研究将重点研究和设计一种四旋翼无人机地面目标跟踪系统，包括以下方面的内容：（1）无人机硬件设备的选择与设计，包括四旋翼无人机的选型和配备相应的传感器、控制器等设备，以确保系统的鲁棒性和可靠性。
（2）目标检测和定位算法的研究和优化，以提高跟踪的精确性和自适应性，包括图像处理、目标识别、目标跟踪和跟踪策略等方面。
（3）无人机控制策略的设计和实现，包括遥控和自主控制两种方式，结合目标检测和定位算法，使得系统能够实时地跟踪目标，同时保持足够的稳定性和可靠性。
（4）系统的实验验证和性能评估，通过对系统的实际应用和测试，验证系统的性能和鲁棒性，进一步提高系统的可靠性和适用性。
3.研究的创新点和难点本研究的创新点主要在于以下方面：（1）采用无人机进行地面目标跟踪，使得系统具有更大的应用灵活性和适用范围，同时克服了部分传统地面跟踪系统由于地形和障碍物的限制而无法发挥全部效能的问题。
（2）利用先进的目标检测和定位算法，通过对图像的处理和目标特征的提取，实现对目标的高效跟踪和识别。
（3）设计了一套遥控和自主控制相结合的系统控制策略，使得系统能够实现在线实时跟踪和自适应调整。
本研究的难点主要在于以下方面：（1）如何选择和设计适合系统要求的无人机硬件设备，以及如何优化各部件之间的协作与配合，实现各项功能的稳定实现。
（2）目标检测和定位算法的研究和实现，需要选用先进的算法并且对算法进行优化，以提高识别和跟踪的准确性和鲁棒性。
微小型四旋翼飞行器的研究现状与关键技术
微小型四旋翼飞行器的研究现状与关键技术
聂博文;马宏绪;王剑;王建文
【期刊名称】《电光与控制》
【年(卷),期】2007(014)006
【摘要】微小型化是世界无人机发展的重要方向之一.对一种新颖的微小型四旋翼无人飞行器进行了介绍,综合了微小型四旋翼飞行器的概念和特性,然后主要从机构设计和飞行控制两方面介绍了世界微小型四旋翼飞行器的发展现状,详细叙述了小型四旋翼飞行器的发展技术路线.在此基础之上,进一步分析了相关的关键技术问题,并对未来发展、应用前景作了展望.最后介绍了某微小型四旋翼飞行器研究进展情况.
【总页数】5页(P113-117)
【作者】聂博文;马宏绪;王剑;王建文
【作者单位】国防科学技术大学机电工程与自动化学院,长沙,410073;国防科学技术大学机电工程与自动化学院,长沙,410073;国防科学技术大学机电工程与自动化学院,长沙,410073;国防科学技术大学机电工程与自动化学院,长沙,410073
【正文语种】中文
【中图分类】V271.4
【相关文献】
1.微小型四旋翼飞行器多信息非线性融合导航方法及实现 [J], 刘建业;贾文峰;赖际舟;吕品
2.基于微小型四旋翼飞行器的目标监测与识别综述 [J], 黄敦华;朱青松
3.四旋翼飞行器的关键技术与建模 [J], 梅策香;柳钰;曾利霞
4.基于微小型四旋翼飞行器目标监测与识别方法研究 [J], 黄敦华;刘玉娟;赵堂春;周海君
5.四旋翼飞行器室内自主导航研究现状 [J], 沈宝国;王彩凤;梁佩佩;廖泽宇
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四旋翼飞行器飞行控制技术综述
四旋翼飞行器飞行控制技术综述
四旋翼飞行器（Quadcopter）是一种多旋翼无人机，具有垂直起降和飞行能力。
它由四个对称分布的旋翼组成，通过旋转调节旋翼的推力和扭矩来控制飞行器的运动。
四旋翼飞行器的飞行控制技术包括姿态稳定、定位导航和路径规划等方面。
本文对这些技术进行了综述。
姿态稳定是四旋翼飞行器飞行控制的基础。
姿态稳定包括俯仰、横滚和偏航三个方向的控制。
通常，通过控制四个旋翼的推力和扭矩来实现姿态调节。
目前常用的控制方法有PID控制和自适应控制等。
定位导航是四旋翼飞行器飞行控制的重要组成部分。
准确的定位导航能够使飞行器实现精确的飞行路径和任务。
目前常用的定位导航技术包括GPS、惯性导航系统和视觉导航系统等。
GPS能够提供全球范围的位置信息，但其精度受到多种因素的影响；惯性导航系统借助惯性传感器（如加速度计和陀螺仪）测量飞行器的运动状态，但累积误差较大；视觉导航系统通过摄像头获取环境信息，可以实现较精确的定位和导航。
路径规划是四旋翼飞行器飞行控制的高级技术。
路径规划可以将飞行器的任务转化为轨迹，在保证安全和效率的前提下，实现自主飞行和避障等功能。
常用的路径规划算法包括A*算法、Dijkstra算法和基于遗传算法的优化方法等。
四旋翼飞行器飞行控制技术包括姿态稳定、定位导航和路径规划等方面。
这些技术能够使飞行器实现稳定的飞行和精确的定位导航，为其应用提供了基础。
随着无人机技术的发展，四旋翼飞行器的飞行控制技术也在不断创新和完善，为无人机的应用场景提供更多可能性。
旋翼无人机智能控制技术研究
旋翼无人机智能控制技术研究近年来，随着无人机的不断发展和普及，其应用领域也越来越广泛。
其中，旋翼无人机作为一种具有垂直起降能力的无人机，被广泛应用于航拍、勘测、搜救等领域。
为了提高旋翼无人机的飞行稳定性和控制精度，智能控制技术逐渐成为研究的热点。
本文将深入探讨旋翼无人机智能控制技术的研究现状和发展趋势。
一、旋翼无人机智能控制技术的研究现状1.传统控制方法传统的旋翼无人机控制方法主要采用PID控制，即比例-积分-微分控制。
在PID控制中，通过对旋翼无人机飞行状态的监测与反馈，不断调整控制参数，使飞行器达到预定的控制效果。
然而，PID控制存在的缺陷是：难以满足非线性系统的需求，调参过程耗时且易受环境影响。
2.智能控制方法智能控制方法包括模糊控制、神经网络控制、遗传算法控制等。
模糊控制是一种模拟人类智能的控制方法，其优点在于具有容错性和鲁棒性。
基于神经网络的控制方法可以模拟人脑的思维方式，从而实现更高效的飞行控制。
而遗传算法控制可以通过进化策略，求解最优飞行控制参数，从而达到更优的控制效果。
智能控制方法相对于传统的PID控制方法来说，具有更好的适应性和鲁棒性，可以对不确定性环境下的飞行任务进行更加准确的控制。
二、旋翼无人机智能控制技术的发展趋势1.深度学习技术在控制中的应用随着深度学习技术的不断发展和应用，越来越多的研究者开始探索将深度学习技术应用到旋翼无人机控制中。
例如，通过深度学习算法处理输入的遥感图像数据，实现无人机自主识别建筑物、道路等信息，从而使无人机能够自主规划航线并完成飞行任务。
2.智能控制与感知结合一般来说，旋翼无人机的控制一般都会涉及到多种传感器的使用，如电机速度传感器、陀螺仪、加速度计等。
未来，旋翼无人机的控制将越来越依赖于技术的感知与智能控制的结合。
例如，利用高精度的光学、雷达、红外等传感器来实现无人机的自主飞行控制，提高无人机的固定高度、自适应飞行速度和防碰撞能力。
3.控制硬件技术的发展传统的无人机控制器常常采用嵌入式芯片，但是由于其计算能力和存储能力有限，存在控制延迟等问题。
微小型四旋翼无人机研究进展及关键技术浅析
微小型四旋翼无人机研究进展及关键技术浅析岳基隆,张庆杰,朱华勇(国防科学技术大学机电工程与自动化学院,长沙410073)摘要:随着嵌入式处理器、微传感器技术和控制理论的发展和成熟,微小型四旋翼无人机逐步向高效、多功能化方向发展,并广泛应用于军事、民用、以及科学研究等多个领域。
首先,从原型研发、平台集成和商业化应用3个方面介绍了目前国内外在该领域最新的研究情况。
结合四旋翼无人机的特点,着重分析了微型机电系统、空气动力学设计、非线性系统建模以及飞行控制等关键技术。
最后,在国内外研究进展和关键技术分析的基础上,指出了未来四旋翼无人机技术发展趋势。
关键词:四旋翼;无人机;进展;关键技术中图分类号:V279文献标志码:A文章编号:1671-637X(2010)10-0046-07Research Progress and Key Technologies ofM icroQuad-Rotor UAVsYUE Jilong,Z HANG Q ing jie,ZHU H uayong(Co ll ege ofM echtron ic&A uto m ation,N a ti ona lU n i ve rs i ty o f D efense T echno l ogy,Changsha410073,Ch i na)A bstract:W ith the develop m en t of e mbedded processors,m icro-sensor techno l o gy and contro l theory, m icro quad-ro tor UAV i s g radually deve l o ped to be m ore e ffi c ient and m u lt-i f u nctiona,l and has found w i d e application in m ilitary,c i v ili a n,scientific research and other fie l d s.F irst o f a l,l the latest research situati o n at ho m e and abroad is introduced fro m t h ree aspects of pr o totype research and developm en,t p latf o r m i n tegration and co mm ercia l applicati o n.Second,accordi n g to the characteristics of quad-rotor UAV,the key technolog ies of m icro-electrical syste m,aerodyna m ic design,nonlinear syste m m ode ling and fli g ht contro l are ana l y zed i n detai.l F i n ally,the future developm ent trend of quad-r o tor UAV is presented based on the research progress and key techno log ies analysis.K ey words:quad-r o tor;Unm anned AerialV eh icle(UAV);developm en;t key techno logy0引言近年来,无人机(U n m anned A erial V ehicles,UAV)的应用和研究广泛受到有关各个方面的重视。
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无人飞行器的控制相对固定翼无人飞行器更为复 杂。但是，旋翼无人飞行器却有固定翼无人飞行器 无可比拟的优点： 能够适应多种复杂环境，特别是 一些狭小的场所； 具备自主起飞和着陆能力，高度 智能化； 能以各种姿态飞行，如悬停、前飞、侧飞 和倒飞等。这些优点决定了旋翼无人飞行器比固定 翼无人飞行器具有更广阔的应用前景［2］。四旋翼无 人飞行器是一款研究比较热门的旋翼无人飞行器， 与其它旋翼无人飞行器相比，四旋翼无人飞行器不 需要专门的桨（ 尾桨） 来抵消反扭矩以保持无人飞 行器平衡，并且机动性更强，效率更高，更易控制。 在欧美等发达国家已经开始运用四旋翼无人飞行器 执行军事侦察、监视、通信、反潜、电子干扰等任 务，在地震救灾、考古、水利、农业、电力等民用方 面也能看到其所发挥的巨大作用。2012 年，洛马公 司下属的 Procerus 技术公司推出了一种小型垂直起 降无人机，可以在短短几分钟内为身处窄小杂乱城 市环境中的战士、突击部队或其他人员提供空中视 野。四旋翼 无 人 飞 行 器 的 研 究 还 处 于 初 级 发 展 阶 段，随着新材料技术、嵌入式技术、微传感器技术、 MEMS、MIMU 以及控制、导航理论的发展，四旋翼 无人飞行器得到了迅速的发展。但是，四旋翼无人 飞行器要走向实用化，亟需解决的问题还很多，还 有很长的路要走。
MD4-200 是德国 Microdrones 公司研制的一种 全球领先的垂直起降微型自动驾驶无人飞行器系 统，可用于执行资料收集、协调指挥、搜索、测量、 通讯、检测、侦察等多种空中任务。机体采用了碳 纤维材料，AHHＲS（ 高度、姿态和航向参考系统） 是 该机的核心部件，该系统集成了加速度计、陀螺仪、 磁强计、气压计等多种传感器。无人飞行器具有非 常低的运转噪声，该机上装有 GPS 导航定位系统， 并且配有数传、图传电台以及相应的地面控制站系 统，无人飞行器上的 SD 卡可以记录实时的飞行数 据，如图 3 所示。
1． 2 基于 GPS 的自主定位导航四旋翼无人飞行器 GPS 导航定位系统建立的初衷就是为了给军用
设备进行定位与导航，之后逐步发展到民用设备， 现在 GPS 导航定位系统随处可见。随着无人飞行器 的发展，GPS 导航定位系统也应用到了无人飞行器 上，美国的捕食者、全球鹰能在数次局部战争中立 下汗马功劳，GPS 功不可没。同样，对于四旋翼无 人飞行器的室外定位与导航，GPS 也是必不可少的 装备，其中的典型代表是德国 Microdrones 公司的 MD4-200 和斯坦福大学的 STAＲMAC 四旋翼无人飞 行器。
3） 航迹规划。传统的无人飞行器航迹规划算法 都是基于数字地图的，在数字地图中，无人飞行器 可以当作一个质点来看待［10］。与之相比，四旋翼无 人飞行器在室内特征地图中虽然也是当作质点来 看，但是这时却要考虑四旋翼无人飞行器实际大小 的影响，避免其碰到墙、障碍物。虽然不需要考虑 ·28·
最大爬升角、最低飞行高度、目标进入方向这些约 束条件，但是室内房间、线段的约束、障碍物的约 束却也提出了一个新的挑战。
关键词 四旋翼 无人飞行器 室内 定位导 航 关键技术
引言 无 人 驾 驶 航 空 器 （ Unmanned Aerial Vehicle，
UAV） 也称无人飞行器，是一种装备了必要的数据 处理单元、传感器、自动控制器以及通信系统的不 载人飞行器，能够在无人干预的情况下完成自主飞 行任务［1］。
基于不同的外形与几何结构，无人飞行器可以 划分为四类： 固定翼、旋翼、扑翼以及其它非常规 无人飞行器。在这四类中，前两类无人飞行器的实 物研究比较多，属于现在的主流无人飞行器； 第三 类目前以理论研究为主，距离实际应用尚需时日； 非常规无人飞行器则处于初始，甚至是概念开发阶 段，很多方面均不成熟。
研究基于视觉图像的自主定位导航四旋翼无人 飞行器的典型代表有麻省理工学院和宾夕法尼亚大 学。
麻省理工学院的实时室内自主飞行器试验环境 主要用于多无人飞行器的协同控制与定位。
在该环境中使用了多架型号为 Dranganflyer V Ti 的四旋翼无人飞行器，为了能够对各个四旋翼无 人飞行器 进 行 定 位，每 个 飞 行 器 上 都 安 装 了 多 个 LED 灯，这些 LED 灯可以作为关键点被地面的摄 像头捕捉，这样就能得到四旋翼无人飞行器的位置 和姿态，也就能对四旋翼无人飞行器进行定位。四 旋翼无人飞行器的关键点信息通过 TCP / IP 协议传 给地面站，地面站再将这些信息解算成位置与姿态 信息，将这些信息进行融合得到航路规划信息，再 将航路规划信息转换为能对四旋翼无人飞行器进行 控制的指令，通过无线蓝牙模块将指令传给四旋翼 无人飞行器，完成对四旋翼无人飞行器的控制与导 航［3-5］，如图 1 所示。
2 关键技术 四旋翼无人飞行器的发展经历了从室外定位导
航到室内定位导航的飞跃，现在尤其是室内导航， 还有很大的发展空间。2013 年国际空中机器人大赛 （ 亚太赛区） 就是旨在提升无人飞行器在密闭空间 中（ 室内） 完全自主飞行的能力，大赛的任务概要是 由参赛队伍制作的无人飞行器进入一个情报机构警 卫室（ 如图 6 所示） ，避开警卫人员，拿到 U 盘，然 后用一个相同的 U 盘替代。无人飞行器的总质量不 能超 过 1． 5 kg，比 赛 场 地 尺 寸 为 30 m × 15 m × 2． 5 m，且被分成了数个小房间，同时在走廊布 设不同高度的障碍物，起飞地点定在朝向起飞走廊 开口（ 1 m × 1 m） 的 3 m 范围之内。此次比赛是在室 内进行，传统的室外精度较高的 GPS 根本无法使 用 ，为 了 完 成 任 务 ，四 旋 翼 无 人 飞 行 器 有 许 多 关 键
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无人机
图 6 国际空中机器人大赛比赛场地示意图
性技术需要突破。 1） 特征检测。室内环境大多是结构化或半结构
化的环境，这样的环境都是由线段构成的，四旋翼 无人飞行器在室内进行定位与导航依赖环境中的墙 角、边角等特征点。而激光采集的数据仅仅是一组 分立的点，如何从这些数据中将定位、导航与地图 创建所需要的特征点与特征线段快速、准确地检测 与提取出来是后续工作的关键。
2） 定位、导航与建图。小型四旋翼无人飞行器 在室内定位导航时，GPS 一般是不能正常工作的， 此时只能 依 赖 其 它 定 位 导 航 传 感 器，如 激 光 测 距 仪、摄像头、磁力计、超声波传感器等，如何将这 些传感器采集的数据结合起来解算得到四旋翼的位 姿并对其进行导航是一大难题，而且各种传感器对 环境的敏感程度、抗干扰能力也不一样，除了需要 对数据进行处理，找出最优的定位导航算法，还需 要针对各种环境制定出最优的定位导航策略。
5） 实时性。在四旋翼无人飞行器的定位导航 中，无论是用基于 GPS 的方法还是基于无 GPS 的 方法（ 激光、视觉） ，各种传感器输出的巨大数据 量、机载处理器工作频率不够等一系列问题使得四 旋翼无人飞行器都需要把飞行器上的大部分数据传 输到地面站上处理，之后再由地面站发指令给飞行
飞航导弹 2014 年第 8 期
目前，国外四旋翼无人飞行器在基于 GPS 定位 导航自主飞行方面已经取得了不错的成绩，但是在 基于视觉、基于激光测距仪的定位导航方面还有很 多困难。
图 4 STAＲMACⅡ无人机
1． 3 基于激光测距仪的自主定位导航四旋翼无人 飞行器
基于激光测距仪的自主定位导航四旋翼无人飞 行器的发展相对于前两类更晚，这其中的典型代表 是由德国的 Ascending Technologies GmbH 公司生产 飞航导弹 2014 年第 8 期
DOI:10.16338/j.issn.1009-1319.2014.08.003
无人机
室内四旋翼无人飞行器定位导航 的研究现状与关键技术
肖支才 姜 鹏 戴洪德 康宇航ห้องสมุดไป่ตู้
摘 要 随着新材料技术、嵌入式技术、微传感器技 术、微机电( MEMS) 、微惯性测量单元( MIMU) 以及控制、 导航理论的发展，四旋翼无人飞行器得到了迅速的发展。首 先，从定位导航采用的技术出发，介绍了目前国外在该领域 最新的研究情况。结合室内四旋翼无人飞行器的特点，着重 分析了特征检测、定位导航与建图、航迹规划、能源供给、 实时性等关键技术。最后，对室内四旋翼无人飞行器的未来 发展、应用前景做了展望。
四旋翼无人飞行器质量轻、载重小、续航能力 差的特点决定该无人飞行器主要是在低空的近地面 进行短航时工作，如室内、峡谷、树林等。由于地 形复杂、噪声大，在这种环境中使用 GPS 进行定位
本文 2014-04-11 收到，肖支才系海军航空工程学院副教授、姜鹏系海军航空兵学院副教授
飞航导弹 2014 年第 8 期
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无人机
导航 是 不 可 靠 的，所 以，四 旋 翼 无 人 飞 行 器 在 无 GPS 环境中的导航成了一个亟需解决的难题。
1 国外研究现状 目前，世界上用来进行定位导航的四旋翼无人
飞行器一般可以分为三类： 基于视觉图像的自主定 位导航四旋翼无人飞行器、基于 GPS 的自主定位导 航四旋翼无人飞行器、基于激光测距仪的自主定位 导航四旋翼无人飞行器。 1． 1 基于视觉图像的自主定位导航四旋翼无人飞 行器
4） 能源供给。四旋翼无人飞行器的能源供给分 为汽油供电与电池供电，汽油供电主要是对于大型 的四旋翼无人飞行器，这种四旋翼无人飞行器主要 是通过遥控来控制的，多用来进行航拍； 而小型四 旋翼无人飞行器由于具有质量限制，所以只能选用 电池供电。小型四旋翼无人飞行器的总质量是一定 的，如果选用供电量更足的电池，则电池所占飞机 的总质量比重就会更大，这样对其它机载传感器、 微处理器的选择就会有很大的限制； 而如果选用供 电量小的 电 池，电 池 所 占 飞 机 总 质 量 的 比 重 减 小 了，这样机载传感器、微处理器的选择有了更大的 余地，但是这也势必会影响四旋翼无人飞行器的续 航时间。因此，选用的电池需要权衡这两者，找出 最合适的能源供给方案。