無(wú)人機(jī)涉及哪些工作

自開(kāi)公眾號(hào)以來(lái)，陸續(xù)有不少關(guān)注者提問(wèn)怎么去學(xué)習(xí)無(wú)人機(jī)技術(shù)，尤其是對(duì)于入門(mén)者。其實(shí)無(wú)人機(jī)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，它涉及到許多學(xué)科。所以你首先要給你自己一個(gè)定位，你是要從事無(wú)人機(jī)哪方面的工作？

我們先來(lái)了解一下無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)研發(fā)一般都有哪些方面的工作？我們大概用簡(jiǎn)單的語(yǔ)言描述一下它們的工作內(nèi)容。

總體設(shè)計(jì)：明確總體設(shè)計(jì)指標(biāo)，協(xié)調(diào)各分系統(tǒng)，一般是啥都要懂點(diǎn)；

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)飛行器結(jié)構(gòu)，既要保證強(qiáng)度，也要控制重量、重心位置；

氣動(dòng)設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)飛行器的氣動(dòng)外形、機(jī)翼翼型，飛得越快越重要；

導(dǎo)航算法設(shè)計(jì)：融合傳感器數(shù)據(jù)輸出位置、速度、姿態(tài)等信息；

飛控算法設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)飛行控制律，實(shí)現(xiàn)路徑跟蹤、軌跡跟蹤、姿態(tài)跟蹤；

圖像算法設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)視覺(jué)導(dǎo)航、視覺(jué)識(shí)別、視覺(jué)跟蹤算法；

動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)系統(tǒng)；

嵌入式軟件設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)應(yīng)用層和底層系統(tǒng)軟件；

嵌入式硬件設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)系統(tǒng)軟件和底層驅(qū)動(dòng)；

地面站軟件設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)UI界面，根據(jù)數(shù)據(jù)協(xié)議設(shè)計(jì)和編寫(xiě)地面站軟件。

上述是我對(duì)無(wú)人機(jī)工作的一些理解和總結(jié)，有不對(duì)不全的地方歡迎大家補(bǔ)充和指正。要學(xué)習(xí)無(wú)人機(jī)技術(shù)的朋友應(yīng)該根據(jù)自己的愛(ài)好和專(zhuān)業(yè)情況從這些工作中選取一個(gè)工作內(nèi)容，然后深入學(xué)習(xí)。由于我主要從事導(dǎo)航和飛控算法的設(shè)計(jì)工作，所以我們就主要談一談怎么去深入學(xué)習(xí)導(dǎo)航和飛控算法的設(shè)計(jì)。

三步走學(xué)習(xí)飛控算法

關(guān)于導(dǎo)航和飛控算法設(shè)計(jì)，我在這里建議大家分三步走學(xué)習(xí)。

第一步 夯實(shí)基礎(chǔ)

導(dǎo)航和飛控算法設(shè)計(jì)都是屬于理論性比較強(qiáng)的工作，需要大家掌握比較好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，所以，不要妄想直接學(xué)習(xí)怎么搭建控制器，這跟武俠小說(shuō)中學(xué)習(xí)上乘武功是一樣的，首先需要練好基本功，把內(nèi)功練好了學(xué)具體的武功招數(shù)不僅快而且能夠發(fā)揮最佳效果。

理論基礎(chǔ)其實(shí)很多人在大學(xué)里都學(xué)過(guò)，只不過(guò)是把學(xué)過(guò)的知識(shí)還給老師了或者當(dāng)時(shí)就沒(méi)有好好學(xué)，沒(méi)有學(xué)過(guò)的朋友也不用太擔(dān)心，只要時(shí)間花到位，自然是能夠掌握所需的知識(shí)。理論基礎(chǔ)主要有這些課程：數(shù)學(xué)分析、矩陣分析、概率論、隨機(jī)過(guò)程、信號(hào)與系統(tǒng)、理論力學(xué)、線性系統(tǒng)理論、非線性控制系統(tǒng)理論、飛行動(dòng)力學(xué)與控制。

學(xué)習(xí)一門(mén)課程一定要有一本好的參考書(shū)，它可以幫我們節(jié)省很多時(shí)間，我會(huì)在之后給大家推薦一些寫(xiě)得比較好的書(shū)籍，供大家學(xué)習(xí)時(shí)使用。另外，在學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到問(wèn)題不要被困住，可以先放一放，很多問(wèn)題等你學(xué)到課程的后面就會(huì)恍然大悟的，這一點(diǎn)會(huì)幫助自學(xué)的朋友解決很多問(wèn)題。

第二步 殺怪練級(jí)

實(shí)戰(zhàn)是最檢驗(yàn)學(xué)習(xí)水平的方法，也是提升自己的絕佳路徑。實(shí)戰(zhàn)可以是完成一個(gè)簡(jiǎn)單的定高飛行，也可以是復(fù)雜的路徑跟蹤、軌跡跟蹤。實(shí)戰(zhàn)既可以是仿真測(cè)試，也可以是實(shí)際飛行，仿真測(cè)試既可以使用matlab這樣的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以搭建像px4一樣的開(kāi)源軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境來(lái)進(jìn)行仿真。

現(xiàn)在github上有很多開(kāi)源軟件和硬件，它們都具備完善的軟件和硬件系統(tǒng)，要在上面進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)可以減少很多不必要的工作量。另外，搭建一套可以飛行的小無(wú)人機(jī)系統(tǒng)也是非常有必要的，有條件的朋友建議搭建一套，隨時(shí)隨地實(shí)現(xiàn)你的想法。

大家在實(shí)現(xiàn)自己的算法設(shè)計(jì)時(shí)一定是由簡(jiǎn)入難，不要一開(kāi)始就想去設(shè)計(jì)一套特別完善，特別厲害的算法，這樣子成功的幾率極小，不僅會(huì)打擊你的信心，還容易走錯(cuò)方向。

第三步、無(wú)招勝有招

飛控和導(dǎo)航算法設(shè)計(jì)不僅僅是實(shí)現(xiàn)一個(gè)算法那么簡(jiǎn)單，算法有時(shí)候只是幾個(gè)公式而已，但到了真正使用時(shí)就會(huì)有很多種情況需要考慮，怎么對(duì)狀態(tài)初始化啊，飛機(jī)不同的飛行狀態(tài)時(shí)應(yīng)該使用那套算法啊，怎么容錯(cuò)啊，怎么抗飽和啊等等。

所以要想成為導(dǎo)航和飛控算法設(shè)計(jì)的高手，你還需要脫離公式，隨機(jī)應(yīng)變，在不同情況下根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。這就像武俠小說(shuō)中的那些絕頂高手，他們沒(méi)有招式，達(dá)到了無(wú)招勝有招的最高境界。冰凍三尺非一日之寒，要想達(dá)到這個(gè)境界，往往是需要多年的經(jīng)驗(yàn)加不斷的學(xué)習(xí)，一般都是行業(yè)內(nèi)的老前輩。

總結(jié)

上面讓大家分三步走，其實(shí)，并不是說(shuō)先完成第一步，然后再去試第二步。他們都是循環(huán)迭代的過(guò)程，只是在總體思路上你應(yīng)該是先打好基礎(chǔ)，然后再去設(shè)計(jì)控制器，設(shè)計(jì)導(dǎo)航算法，在你設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到問(wèn)題了再反過(guò)來(lái)學(xué)習(xí)，進(jìn)一步夯實(shí)基礎(chǔ)，那最后積累經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)算法，靈活修改算法也不是朝夕可成，在此過(guò)程中也是在不斷地學(xué)習(xí)新的知識(shí)，夯實(shí)新的基礎(chǔ)。

有些奮戰(zhàn)在一線的朋友可能沒(méi)有那么多時(shí)間去學(xué)習(xí)那些基礎(chǔ)課程，那可以根據(jù)你需要的知識(shí)選擇性的進(jìn)行學(xué)習(xí)，這個(gè)就需要自己對(duì)知識(shí)面有比較好的掌控，知道缺哪些基礎(chǔ)，對(duì)于小白來(lái)講可能比較難。所以對(duì)于小白來(lái)說(shuō)，還是建議你先學(xué)習(xí)基礎(chǔ)課程，畢竟作為小白來(lái)講也不可能一下子就讓你去做實(shí)際的控制器、導(dǎo)航算法的設(shè)計(jì)，還是有時(shí)間可以讓你去打好基礎(chǔ)的。最后祝大家都能成為高手，達(dá)到無(wú)招勝有招的境界。