无人机飞控系统和航拍系统设计合集
基于STC单片机的无人机飞控系统设计
节 ．最 终完 成 外环 控制 。采用 半 导 体 材料 的压 阻
传 感 器 、Ｇ Ｓ 为 主 要 器件 的 自动 驾驶 仪 的设 计 Ｐ等
思路
效应 原 理制 造 的ＭＰ ４ １Ａ大 气 压 力 传感 器 作 为 Ｘ １５ 空气 数 据采 集 传感 器 ，可 为 无人 机 驾驶 提 供 海 拔
本 文 正 是 基 于 上 述 问 题 。提 出 了 一 种 以 Ｓ Ｃ ２ ５ １Ａ Ｔ １ Ｃ ４ ０ Ｄ型 处 理 器 为核 心 ．以 红 外线 温 度
到 的经 纬度 、海拔 高度 、地速 等信 息 与预设 信 息
进 行 对 比，再 经解算 后 完 成对 飞行 器 的预 定航 线
和 实 际 航 线 的 比较 ，误 差 通 过 舵 机 不 断 进 行 调
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第８ 卷
第 １期 Ｏ
电手元 器 件 主用
Ｅｌｃ ｒｎ ｃＣｏ ｏ ｅ ｔ Ｄｅ ｉｅＡｐ ｌ ａｉ ｎ ｅｔ ｉ ｏ ｍｐ ｎ ｎ ＆ ｖｃ ｐ ｉ ｔ ｓ ｃ ｏ
Ｖ０ ． ．０ １ Ｎｏ １ ８
０ ｔ２ ｏ ｃ ｏ ６
高度 等数 据 。整个 系统 框 图如 图 ｌ 所示 。
１ 系统 结 构 与 组成
该 自动 驾驶 仪 主要 由３ 单 元 组 成 ：一 是 微 个 处 理 器单元 ；二是 空气 数 据传 感 器 ，即红外 温 度 传 感 器 单元 ；三 是Ｇ Ｓ Ｐ 单元 。微 处 理 器作 为 数 据 处 理 和飞行 控 制 的核心 ．既要 具 有 一定 的数 字 信 号处 理能力 ，又要 求体 积 小 。 因此 ，本设 计 选 用
能力 ．能 够携 带诸 如 照 相机 、通 讯设 备 以及其 它 任 务 载荷 的无 人航 空 飞行 器 。 它在勘 测 和侦 察 领
ArduPilot飞行控制系统的设计与应用
ArduPilot飞行控制系统的设计与应用随着技术的日新月异，人类的航空事业也得到了蓬勃发展，从最简单的动力飞行器到现在的高科技无人机，人们的探索精神和技术创新不断推动着空中科技的发展。
而无人机的快速普及和广泛应用，则离不开可靠的飞行控制系统。
ArduPilot飞行控制系统作为开源的自由软件，是其中的佼佼者。
本文将从ArduPilot的设计、应用和未来展望三方面来探讨这一主题。
ArduPilot的设计ArduPilot最初是由DIY无人机社区开发的一款开源飞行控制系统。
它使用了自由软件的开源模式，使得无人机技术的学习门槛进一步降低，让更多的爱好者和研究者能够参与到无人机的设计和研发中来。
ArduPilot最早的版本是基于Arduino开发的，后来演化为基于STM32的Pixhawk系列控制板，逐渐成为了无人机领域最受欢迎的开源飞控系统之一。
关于ArduPilot的设计，它的优势主要有以下几点：1. 开源作为一款典型的自由软件作品，ArduPilot拥有自由的、开放的、透明的、共享的等特点。
这些特点保证了ArduPilot的代码可以由任何人下载、修改和再发布。
这样一来，这个开源飞控系统不仅得以拥有一大批具备开发技能的开发者和贡献者，还可以让更多人学习和使用它，促进了整个行业的发展。
2. 多协议、多机型支持ArduPilot不仅可以支持传统四旋翼、六旋翼等常见轻型无人机，也支持飞船、直升机、固定翼等飞行器。
而且它同样支持不同的通信协议（比如MAVLink、FrSky、SBUS等），以及多种传感器（比如IMU、GPS，气压计等）的使用。
3. 系统所需硬件低廉无论是对于一般爱好者还是研究人员来说，成本永远都是非常关键的因素。
ArduPilot依然遵循着Arduino创意无限展示平台的开发理念，使用简单、易得的硬件部件，保证了其研究和实现的门槛相对较低。
ArduPilot的应用ArduPilot飞行控制系统作为一个开源免费的技术解决方案，其在无人机行业中是备受认可和欢迎的。
基于STM32的无人机设计
基于STM32的无人机设计现代社会科技的飞速发展，无人机作为一种新型的航空器已经广泛应用于军事、民用和商业领域。
随着无人机技术的日益成熟和普及，成为市场热点。
无人机的设计不仅仅是机械结构和飞行控制系统的简单叠加，更需要深入研究各种传感器、通讯模块和数据处理单元之间的协同工作。
本文将从无人机系统的整体架构、STM32的特点、传感器模块的选择、飞控算法的优化等方面进行深入探讨。
首先，无人机系统的整体架构包括飞行控制系统、通信系统、传感器系统和地面控制站等部分。
飞行控制系统是无人机的核心，主要由STM32主控芯片、惯性测量单元（IMU）、GPS模块、无线通信模块等组成。
STM32作为一款低功耗高性能的微控制器，具有丰富的外设资源和强大的计算能力，非常适合用于无人机的控制系统。
IMU和GPS模块可以实时获取飞行器的姿态信息和位置信息，为飞控算法提供准确的数据支持。
无线通信模块则可以实现飞行器与地面控制站之间的实时数据传输和远程操控。
通过合理设计整体架构，可以有效提高无人机的飞行性能和稳定性。
其次，STM32作为无人机的控制核心具有一些独特的特点，需要我们在设计过程中进行充分考虑。
首先，STM32具有丰富的外设资源，可以轻松实现与各种传感器和执行机构的连接。
其次，STM32支持多种通信接口，并且具有丰富的通信协议库，可以方便地实现与其他模块的数据交换。
此外，STM32还具有丰富的中断控制功能和低功耗模式，在无人机的实际应用中能够更好地满足系统对功耗和实时性的要求。
因此，在无人机的设计过程中，选择STM32作为主控芯片不仅能够降低系统的制造成本，还能够提高系统的稳定性和可靠性。
传感器模块的选择是无人机设计中至关重要的一环，不同的传感器模块会直接影响到飞行器的姿态控制和导航定位精度。
目前，常用的传感器模块包括加速度计、陀螺仪、磁力计、气压计、GPS模块等。
加速度计和陀螺仪主要用于测量飞行器的加速度和角速度，从而实现姿态的稳定控制；磁力计可以提供与地磁场的相对方向信息，帮助飞行器实现航向控制；气压计可以测量大气压强，辅助飞行器的高度控制；GPS模块则可提供全球定位服务，实现飞行器的准确导航定位。
无人机教案设计方案模板
一、课程名称：无人机航拍课程二、课时安排：共4课时三、教学目标：1. 让学生了解无人机的基本原理和构造；2. 培养学生无人机航拍的基本技能；3. 增强学生的创新思维和团队合作能力；4. 提高学生的审美素养和艺术鉴赏能力。
四、教学内容：1. 无人机基本原理与构造2. 无人机操作技巧3. 航拍拍摄技巧4. 后期剪辑与制作五、教学步骤：第一课时：无人机基本原理与构造1. 导入：通过图片、视频等形式，让学生了解无人机的发展历程和应用领域。
2. 讲解：讲解无人机的基本原理和构造，包括飞控系统、动力系统、导航系统等。
3. 实践：学生分组，每组一台无人机，进行无人机拆解和组装练习。
4. 总结：总结本节课所学内容，布置课后作业。
第二课时：无人机操作技巧1. 导入：回顾上一节课所学内容，引出无人机操作技巧。
2. 讲解：讲解无人机操作的基本技巧，包括起飞、降落、悬停、前进、后退等。
3. 实践：学生分组，每组一台无人机，进行无人机操作练习。
4. 总结：总结本节课所学内容，布置课后作业。
第三课时：航拍拍摄技巧1. 导入：回顾前两节课所学内容，引出航拍拍摄技巧。
2. 讲解：讲解航拍拍摄的基本技巧，包括飞行高度、拍摄角度、构图等。
3. 实践：学生分组，每组一台无人机，进行航拍拍摄练习。
4. 总结：总结本节课所学内容，布置课后作业。
第四课时：后期剪辑与制作1. 导入：回顾前三节课所学内容，引出后期剪辑与制作。
2. 讲解：讲解后期剪辑与制作的基本技巧，包括视频剪辑、音频处理、特效添加等。
3. 实践：学生分组，每组一台无人机，进行航拍视频剪辑与制作。
4. 总结：总结本节课所学内容，布置课后作业。
六、教学评价：1. 课堂表现：观察学生在课堂上的参与度、团队合作能力等。
2. 课后作业：检查学生完成作业的质量，了解学生对所学知识的掌握程度。
3. 航拍作品：评价学生的航拍作品，包括拍摄技巧、后期制作等方面。
七、教学反思：1. 教学过程中，关注学生的个体差异，因材施教。
无人机载荷装置控制系统的设计与实现
无人机载荷装置控制系统的设计与实现随着科技的不断发展，无人机在各个领域中被广泛应用，如农业、环境保护、安全预警等。
而无人机的载荷装置则成为实现无人机任务的重要组成部分，因为可以通过载荷装置实现对目标对象进行采集、监控和观测等操作。
因此，本文将探讨无人机载荷装置控制系统的设计与实现。
一、无人机控制系统的基础构成无人机控制系统基本的构成主要包括传感器、执行机构和控制器。
其中，传感器是感知无人机周围环境的设备，如提供姿态信息的加速度计、陀螺仪、磁强计等；执行机构则是实现无人机动作的装置，如舵机、马达、电机等；控制器则是对传感器采集到的信息进行运算处理，然后通过执行机构来对无人机进行控制。
二、无人机载荷装置的设计要求无人机载荷装置作为实现无人机任务的关键组成部分，在设计时需满足以下要求：1.负载能力无人机载荷装置需要有一定的承重能力，以便搭载相应的设备完成任务。
而承载能力不足会使无人机不稳定，甚至危及安全，因此必须在设计时充分考虑。
2.鲁棒性和可靠性无人机载荷装置在实际使用中，受到复杂的环境因素和操作误差的影响，容易出现故障。
为提高机载装置的可靠性，可以采用更高质量的材料，采用多点支撑设计，合理设置冗余措施等。
3.协同性无人机载荷装置需要与其他设备协同工作，如地面站、地理信息系统等。
因此在设计时，需要充分考虑协调性和统一性，采用标准接口和数据协议，以实现数据的快速传输和处理。
三、无人机载荷装置控制系统的实现方案无人机载荷装置控制系统的实现方案主要涉及四个方面：主控板选择、操作系统选择、电路设计和软件开发。
1.主控板选择目前市场上常见的主控板有STM32系列、FPGA、Arduino等，根据实际需求的灵活性、扩展性、性能等因素，可根据实际需求选择主控板。
2.操作系统选择目前无人机使用的操作系统主要分为RTOS、Linux、Windows 等。
Linux系统相对轻量级，可以满足对无人机的控制和数据处理等需求。
无人机电动动力系统的集成设计
无人机电动动力系统的集成设计在当今科技飞速发展的时代，无人机已经成为了各个领域中不可或缺的工具。
从航拍、农业植保到物流配送、应急救援，无人机的应用场景不断拓展。
而无人机电动动力系统作为其核心组成部分，其集成设计的优劣直接影响着无人机的性能、续航能力和可靠性。
一、无人机电动动力系统的组成无人机电动动力系统主要由电池、电机、电调（电子调速器）和螺旋桨这四个关键部分组成。
电池是整个系统的能量来源，其性能直接决定了无人机的续航时间。
目前，常见的无人机电池有锂聚合物电池（LiPo）和锂离子电池（Liion）。
锂聚合物电池具有较高的能量密度和放电能力，但相对来说安全性稍逊一筹；锂离子电池则在安全性方面表现较好，但能量密度和放电能力略逊于锂聚合物电池。
电机则是将电能转化为机械能的核心部件。
根据结构和工作原理的不同，无人机电机可分为无刷电机和有刷电机。
无刷电机由于其高效率、低噪音、长寿命等优点，已成为无人机领域的主流选择。
电调的作用是控制电机的转速，通过接收飞控系统的指令，调整电机的输出功率，从而实现无人机的各种飞行姿态和动作。
螺旋桨则是将电机产生的动力转化为推力，推动无人机飞行。
螺旋桨的尺寸、形状和桨叶数量等参数都会影响其产生的推力和效率。
二、集成设计的考虑因素在进行无人机电动动力系统的集成设计时，需要综合考虑多个因素，以实现性能的最优化。
1、功率匹配电池的输出功率、电机的功率和电调的承受能力必须相互匹配。
如果电池无法提供足够的功率，无人机将无法达到预期的飞行性能；反之，如果电机和电调的功率过大，而电池无法支持，不仅会影响续航，还可能导致电池过热甚至损坏。
2、重量与尺寸无人机的重量和尺寸直接影响其飞行性能和操控性。
因此，在选择电动动力系统的组件时，需要在满足性能要求的前提下，尽量选择重量轻、尺寸小的产品。
同时，要合理布局各个组件，以保持无人机的重心平衡。
3、效率优化提高整个动力系统的效率是延长续航时间的关键。
基于ATmega128单片机的无人机飞行控制系统的设计
图 １ 飞控 系统原理图
由于整个 控制系统是数 字式控 制系统 ， 而高度传感 器和 姿 态传感器 输出的信号均 为模 拟信号 ， 这就需 要进行 模／ 数转 换 ， 以实 现飞机的控制 。
１ 无人机 飞控 系统 工作原理
飞控 系统 的工作原理 （ 图 １ ： 见 ）飞机偏离原始状 态 ， 元 敏感
无人 机 。
关键 词 ：Ｔ ｅａ２ Ａ ｍ ｇ１８单 片机 ； 飞行控制 ；Ｔ Ｇ； Ｊ Ａ 无人机 中图分 类￣ ：Ｐ ９ ． ； ２ ９ １ －Ｔ ３ １８ Ｖ ４ ， 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：０ ０—８２ （ ０７ ０ ０ ４ ０ １０ ８９ ２ ０ ） ２— ０ ４— ３
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４ ４・
《 测控技 术） ０ ７年第 ２ 第 ２期 ）０ ２ ６卷
基于 Ａ ｍ ｇ１８单 片机 的无人机 Ｔ ｅａ２ 飞行控制 系统的设 计
袁 少强 ， 胡金辉
（ 京航空航天 大学 自动化科学与电气工程学院 ， 北 北京 １０ ８ ） ０ ０ ３
ｓ ｉ ｏ ｐ ｌｉ ｇ ｔ ｍａｌＵＡ ｕ ｔ ｆｒ ａ ｐｙ ｎ ｏ ｓ ｌ ｓ Ｖ．
Ｋｅ ｒ ｓ Ａ ｍｅ ａ ２ Ｕ； ｉｈ ｏ ｔ ｌＪ Ｇ； ｙｗｏ ｄ ： Ｔ ｇ １ ８ ＭＣ ｆ ｇ ｔｃｎｒ ；ＴＡ ＵＡＶ ｌ ｏ
无人驾驶 飞机从 ２ Ｏ世纪 ３ Ｏ年 代就开 始使用 ， 目前 已广 泛 应用于军事和 民用领域 ， 如军事侦察 、 航空摄影 、 森林 防火 、 微波
Ｄｅ ｉｎ ｏ ｌ ｈ ｎ ｒ ｌＳ ｓｅ ｆ ｒ ＵＡＶ ｓ ｄ ｏ ｓｇ ｆＦ ｉ ｔＣｏ ｔｏ ｙ ｔｍ ｏ ｇ Ｂａ ｅ ｎ ＡＴｍｅ ａ ８ Ｍ ＣＵ ｇ １ ２
四旋翼无人机航拍云台的控制系统设计
四旋翼无人机航拍云台的控制系统设计林峰;王晓晓;曲晓光【摘要】四旋翼航拍云台是低空机载拍摄中稳定相机视轴的稳定平台,选取两轴云台为设计对象,对云台的控制系统进行设计研究.其中控制系统包括视轴框架传感器,云台主控制器,云台框架电机,云台框架四部分组成.通过闭环控制反馈传感器对云台电机检测的位置信号到主控制器中,主控制器处理信号并控制电机转矩,使云台电机隔离无人机的机体扰动,可靠稳定地完成航拍任务.改进了传统人工调节PID控制参数的繁琐方式,采用遗传算法来整定PID控制参数,并通过仿真验证了该方法整定的参数使控制系统无超调,响应速度快.【期刊名称】《沈阳航空航天大学学报》【年(卷),期】2016(033)005【总页数】6页(P55-60)【关键词】控制系统;遗传算法;四旋翼无人机;航拍云台;PID【作者】林峰;王晓晓;曲晓光【作者单位】沈阳航空航天大学自动化学院,沈阳110136;沈阳航空航天大学自动化学院,沈阳110136;沈阳航空航天大学自动化学院,沈阳110136【正文语种】中文【中图分类】TP274近年来，随着自动控制技术、机械制造、无线传输等高新科技水平的不断提高，无人机技术逐渐进入了民用领域，单纯的无人机飞行没有实际的应用价值，但是无人机装载设备在恶劣的环境中进行实际任务的执行就显出了很高的价值。
无人机(Unmanned Aerial Vehicles，UAV)低空遥感技术是当今国内外研究热点之一，航拍是低空遥感技术中的一种，使用相应的机载遥控设备实现空中拍摄、测绘、海洋监测、森林防火等应用，稳定的机载平台在其中发挥着重要作用。
为获取高质量的低空遥感影像，机载测量设备(如照相机、摄像机等)必须固定在高度稳定的云台上[1-2]。
高度稳定的云台隔离无人机姿态的干扰、框架间的耦合，降低机械振动、电机的反电动势的误差干扰，确保无人机机载相机视轴的稳定。
无人机机载相机能否正常拍摄出高质量的低空遥感影像，关键是相机的视轴相对地面保持稳定。
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无人机系统应首先具备完整的惯性系统和定位系统，其次应当具有完备的飞行 任务管理功能。为了增强飞行控制功能，应当保证不同飞行指令下的多模式的 飞行控制能力，以便在人机交互的同时对飞机的稳定进行控制，
进行系统设计时，应当遵循在保证性能的同时尽量减小系统重量和缩小体 积，硬件电路设计力求简捷和直接。要求性能与成本兼顾，并保证系统的可靠 性。
无人机飞控系统和航拍系统设计合集
0kg 级的无人机上，飞行控制系统多采用 PC104 计算机结构或基于单片机两种分立式方案，重量重，体积大，集成化能 力差。无人机的飞行控制主要采取两种形式：第一种是采取预先编制的控制程 序，来自动控制飞行；第二种是由设置在地面、空中或舰船上的遥控指挥站来 指挥。本文要给出了一种基于 DSP 集成式结构的小型智能型无人机导航飞控设 计方案，将两种控制方式进行了有机结合，并已应用于某小型无人机上。经过 试验，证明了该方法的可行性，为今后小型化、低成本无人机自动驾驶仪的设 计提供了一种新的思路。
控制命令的发送、定位数据的处理； 2） 导航 DSP 计算机进行航迹控制系统控制量的计算； 3） 在导航控制量计算的同时，需要利用机载传感器进行航程推算（DR）； 4） 为了减少风场干扰，需要对风场进行估计（WE），并利用估计的风场
进行航位修正； 5） 导航模式的调度，包括导航任务规划、多种导航模式相互间的切换； 6） 导航 DSP 计算机与飞行控制 DSP 计算机数据通讯。
工操纵飞行； 6） 多点程序控制的全航向飞行自主控制； 7） 航迹自主控制和组合导航控制； 8） 应急控制：测控通讯信号中断后，在规定的时间内通讯仍不能恢复，自
动飞 到预定高度盘旋待机；如一段时间后通讯仍不能恢复，则返回预定 的空域盘 旋待机； 9） 起飞与回收控制； 10） 机载测控与信息传输系统能传递飞机状态、仪器设备工作状态、发动机 工作状态、机载电源状态等遥测数据信息。
飞控/导航系统分为飞控/导航组合、空速管、驱动信号放大器、伺服舵机四 部分。飞控/导航组合以两个协调工作的微型 DSP 计算机 MP 和 FP 为核心，MP 计算机用于导航和任务控制以及与地面控制站的通讯；FP 飞行控制计算机用于 飞机的飞行控制和增稳控制；另有一 DSP 处理器专门负责 GPS 信息的接收。舵 机的控制由飞控 DSP 采用 PWM（脉宽调制）波来实现，因为 PWM 波控制方 案适用于对各种脉宽信号控制的扭矩舵机进行控制。三个 DSP 计算机与系统传 感器集成为一体。
无人机导航与飞控的关系如图 3 所示。
5. 软件设计方案
5.1 导航控制的设计 利用 Tornado C 编程环境研制导航定位系统应用软件。运行于抢占式多任
务环境，实时性强。
驾驶仪 自主导航
自动 驾驶仪
基本 控制器
风场 舵机
阻尼器
传感器
图 3 无人机导航飞控关系框图
定位与导航软件主要完成以下功能： 1） 解码 DSP 计算机与 GPS 数据之间的通讯，包括定位数据的接收，GPS
（DSP 计算机）
无线电定位系统
副翼 方向舵
舵机 执行机构
其中 GPS/GLONASS 接收模块选用微小型接收装置；机载姿态传感器选用 贴片式芯片；为了保证自主导航飞行时航向的精度，除了选取航向传感器外， 还应用了一个光纤陀螺；无线电接收系统指的是无线电定位及与地面站（GCS） 通讯时数据链路的机载接收装置；机载计算机包括 3 个 DSP 处理器：GPS 接收 解码 DSP，导航 DSP 和飞控 DSP；舵机选用 Futaba 专用舵机。整个飞控导航系 统体积仅为 180×120×70 mm，总重量不超过 1.5kg（包含安装壳体）
3. 系统结构介绍
整个无人机系统由 GPS/GLONASS 接收天线及接收机、机载传感器、无线
电接收系统、DSP 机载计算机以及执行机构五部分组成。系统功能结构模块如 图 1 所示。
天线
GPS/GLONASS 图 1 无人机功能结构简图
接收机
定位与导航
机载高度，空速航
控制计算机
向，姿态角传感器
硬件平台
自动驾驶 发动机控制 起降控制
镜头控制
爬升/俯冲
水平/侧向 飞行
直线/盘旋 飞行
4. 飞行控制与管理
飞行控制与管理包括以下功能： 1） 姿态角的稳定控制。包括俯仰角稳定与控制、倾斜角稳定与控制、航向
角稳定与控制； 2）高度控制。飞行过程在巡航阶段需要进行高度稳定与控制； 3） 飞行轨迹控制。采用偏航角与偏航距进行航迹的跟踪控制； 4） 发动机状态控制（风门控制）； 5） 人工遥控。系统能够从完全自主程控状态下切换到飞行过程中所需的人
飞行控制系统主要是实现高度、航向、发动机油门的控制以及无人机姿态 的稳定，同时为了便于控制的灵活性，本系统还设置了一个手遥控制和程序自 主控制的切换模块，用遥控或程控方式指挥无人机完成预期的作业任务。
飞控系统软件功能顶层设计框图和决策控制关系如图 5，图 6 所示：
决策控制子系统
飞行状态 决策
手动驾驶
定位与导航系统软件
定位
GPS 定位及坐标 转换
无线电坐标定位 信息处理
航程推算
组合定位算法
导航与控制
传感器信息融合 模
拟
航迹控制与
飞行数据获取
飞
行
导航
仿
真
导程推算导航
飞行数据估计
风场估计
故障诊断
任务规划
融合算法
图 4 定位与导航系统软件框图
自动航迹控制和组合导航功能设计是本无人机智能化的一个重要体现。无 人机导航时采用三种组合导航的方式来互相弥补。一般来说，由于 GPS 定位精 度较高所以作为优先选用的对象。然而，众所周知，GPS 受制于美国政府不能 作为战时的唯一导航资源，因此需采用航程推算、无线电定位和 GPS 组合的方 式来实现无人机的导航。利用故障检测和程序控制实现三种组合导航方式的自 动转换；在正常情况下采用 GPS/航程推算组合导航方式，当 GPS 受干扰或出 现故障时，根据具体情况转换到其它两种方式中的任何一种。最后在建立了无 人机的运动学数学模型的基础上，对导航数据进行卡尔曼滤波，从而提高了无 人机的导航精度。 5.2 飞控系统的设计