你知道无人机是怎么如何实现自动悬停的吗？

自动悬停是将无人机固定在预设的高度位置和水平位置，也就是一组三维坐标，在空间中只能定位三维。但是，无人机怎么知道自己的位置呢？简单来说，通常通过超声波传感器(测量离地距离)或气压计(高度会影响大气压的变化)来测量高度，而水平位置的坐标则由GPS模块来确定。当然，GPS也可以提供高度信息，但对于主流无人机来说，气压计更受青睐，因为低价GPS的数据刷新率太低，数据滞后会导致无人机高速运动时高度下降。

除了GPS模式进行定位，无人机还有“姿态模式”，依靠内部的IMU(惯性测量单元，实际上是一组陀螺仪+加速度计传感器)来识别其飞行状态和相对位移，通过飞行控制器的手动操作使其悬停在预定位置。

当室内GPS信号不好时，无人机还可以通过摄像头“视觉定位”自动悬停。

GPS如何定位坐标？

GPS定位实际上是通过四颗已知位置的卫星来确定GPS接收机的位置。

1.位置信息从哪里来？

事实上，每一颗在太空中运行的GPS卫星都不断地通过卫星信号向全世界广播其当前的位置坐标信息。任何GPS接收机都可以很容易地通过天线接收到这些信息，并可以读取这些信息(这其实是每个GPS芯片的核心功能之一)。这就是位置信息的来源。

2.距离信息从何而来？

我们已经知道，每一颗GPS卫星都在孜孜不倦地广播着自己的位置，所以在发送位置信息时，也会附上数据包发送时的时间戳。GPS接收机收到数据包后，从当前时间(当然当前时间只能由GPS接收机自己确定)减去时间戳上的时间，就是数据包在空中传输的时间。知道数据包在空中的传输时间，乘以它的传输速度就是数据包在空中的距离，也就是卫星到GPS接收机的距离。数据包是通过无线电波传输的，所以理想速度是光速c，如果将传播时间记为Ti，则公式为:

3.为什么需要四颗卫星？

理论上，以地面点的三维坐标(x，y，z)为待定参数，真的只需要测量三颗卫星到地面点的距离就可以确定该点的三维坐标。而星地距离是信号传播时间差δ t乘以信号传播速度v得到的，其中，信号的传播速度v接近真空中的光速，其量级非常大。因此，要求非常精确地测量时间差δ t。稍有偏差，测得的星地距离就会相差千里。时差δ t是通过从接收机测得的信号到达时间tr中减去卫星测得的信号传输时间tS得到的。其中，卫星上安装的原子钟稳定性高，我们认为这个钟的时间与GPS时间一致；接收端的时钟是一个稳定度一般的石英钟。我们认为其时钟时间与GPS时间之间存在时间同步误差，并将该误差作为一个待定参数。这样，每个地面点实际上有四个参数需要确定，因此需要观测至少四颗卫星到地面点的星地距离数据。从数学的角度来说，简而言之，要求解四个未知参数，至少需要四个方程。

超声波高度怎么设置？

超声波测距定高是指超声波由超声波发射器发出，根据接收器接收到超声波的时间差计算距离。这类似于雷达测距的原理。超声波发射器按一定方向发射超声波，计时与发射时间同时开始。超声波在空气中传播，途中遇到障碍物立即回来，超声波接收器收到反射波后立即停止计时。

超声波具有很强的指向性，在介质中传播的距离很远，所以超声波常用于测距。此外，超声波检测往往快捷、方便、计算简单、易于实现实时控制，并且在测量精度上能够满足工业应用的要求，因此在移动机器人的发展中也得到了广泛的应用。

视觉是如何实现的？

无人机室内视觉定位系统俗称“光流”。什么是光流？事实上，我们每天都在经历这种视觉现象。本质上，光流就是你在这个运动的世界中感受到的明显的视觉运动(没有绝对的静止，也没有绝对的运动)。视觉定位系统包括摄像机和超声波模块。它主要是利用内置的光流量传感器，将像素分布、颜色、亮度等信息转换成数字信号，送入图像处理系统进行各种运算，提取目标的特征。然后根据判别结果控制飞机的运动，利用超声波传感器判别相对高度。通过高效的视觉处理器计算，无人机可以实现精确的室内定位、悬停和稳定飞行。

视觉定位系统适用于海拔低于3m、无GPS信号或GPS信号差的环境，尤其适用于室内飞行。依靠表面图像获取位移信息，需要保证周围环境充满光源，地面纹理丰富。视觉定位系统无法在水面、光线昏暗的环境以及地面没有清晰纹理的环境中定位。

如何保持智能调节稳定？

无人机通过各种传感器知道自己的高度和水平位置后，如何悬停在这个预设位置？其实这是一套负反馈自动控制系统(偏离预设值会自动调回来)。以GPS模式为例。当无人机的高度受外界影响而有升高或降低的趋势时，控制单元会调整电机的功率来补偿反方向的运动。如果无人机有横向被风吹离悬停位置的趋势，控制单元可以启动侧飞模式进行抵消——这些反应都比较快，只要外界影响不离谱(专业多轴无人机一般抗四级风没问题)，专业无人机可以应对，所以可以牢牢固定在那里。

当天气不太好，GPS很难搜到星星的时候，姿态模式就派上用场了。依靠无人机内部的IMU单元，系统可以识别当前飞行姿态，进行自动平衡补偿，还可以实现高度和水平位置的锁定。