导航飞控（kòng）系统（tǒng）
定义：
导航飞控系统（tǒng）是（shì）无人机的关键核（hé）心系统之（zhī）一。它在部分情况下，按（àn）具体功能（néng）又可划分为导航子（zǐ）系（xì）统和飞控子系统两部分。
导航子系（xì）统的功能（néng）是向无人机提供相对于所选定的（de）参考坐标系的（de）位置、速度、飞行姿（zī）态、引（yǐn）导无人机沿指定航线安（ān）全、准时、准确地飞行。完善的无人机（jī）导航子系统（tǒng）具有以下功能：
（1）获得必要的（de）导航（háng）要素，包括高度、速度、姿态、航（háng）向（xiàng）；
（2）给出满足精度要求的定位信息，包括经度、纬度；
（3）引导飞机按规定计划飞行（háng）；
（4）接收预定任务航线计（jì）划（huá）的装定（dìng），并（bìng）对任务航线的执行进行动（dòng）态管理；
（5）接（jiē）收控制站的（de）导（dǎo）航模式（shì）控制指令并（bìng）执行（háng），具有指令导航模式与预定航线飞行模（mó）式相互（hù）切换的功能；
（6）具有接收并（bìng）融合无人机其他设备的辅（fǔ）助导航（háng）定位（wèi）信息的能力；
（7）配合其他系统完成各种（zhǒng）任务
飞控（kòng）子（zǐ）系统是（shì）无人（rén）机完成起飞、空（kōng）中飞行（háng）、执行任（rèn）务、返厂回收（shōu）等整个飞行过程（chéng）的核心系统，对无人机实（shí）现全权控（kòng）制与管（guǎn）理，因此飞控子系（xì）统（tǒng）之于无（wú）人机（jī）相当于驾驶（shǐ）员之（zhī）于有人机（jī），是无人（rén）机执行任务的关（guān）键。飞控子系统主要具有如下功能：
（1）无人机（jī）姿态稳定与控制；
（2）与（yǔ）导航子系统（tǒng）协调完成航迹控制；
（3）无（wú）人（rén）机起飞（发（fā）射）与着陆（回（huí）收）控制；
（4）无人（rén）机飞行管（guǎn）理；
（5）无人机任务设备管理与控制（zhì）；
（6）应急控制；
（7）信息收集与传递。
以上所列（liè）的（de）功（gōng）能中第1、4和6项是所有无人机飞行控制系统所必（bì）须具备的功能，而其（qí）他项则不是每（měi）一（yī）种（zhǒng）飞行控制（zhì）系统都具（jù）备的，也不（bú）是（shì）每一（yī）种无人机都需（xū）要的（de），根（gēn）据具体无（wú）人机的种类（lèi）和（hé）型（xíng）号（hào）可进（jìn）行选择、裁剪和组合。
传（chuán）感器（qì）
无人机导航（háng）飞控系统常（cháng）用的传感器包（bāo）括角速度率传（chuán）感器、姿态传感器（qì）、位（wèi）置（zhì）传感（gǎn）器、迎（yíng）角侧滑（huá）传感器（qì）、加速（sù）度传感（gǎn）器、高度（dù）传感器及空速传感器等（děng），这些（xiē）传（chuán）感器构成无人机导航飞控系（xì）统设计的基础（chǔ）。
1.角（jiǎo）速度传感器
角速度传感（gǎn）器是飞行控制系统的基本传（chuán）感（gǎn）器之一，用于感受无人机绕（rào）机（jī）体（tǐ）轴的转（zhuǎn）动角速率，以构成角速度反馈，改善系（xì）统的阻尼特性、提（tí）高稳定（dìng）性。
角速度传感器的选择要考（kǎo）虑其测量范（fàn）围（wéi）、精度（dù）、输出特性（xìng）、带宽等。
角速度传感（gǎn）器应安装在无人机重心附（fù）件，安装轴线与要感受的机体轴向（xiàng）平行，并特别注意极性的正（zhèng）确性。
2.姿态传感器
姿态传感器（qì）用于感受无人（rén）机的俯仰、转动（dòng）和航向（xiàng）角度，用于实现姿态（tài）稳定与航向控制功能。
姿态传感器的选择（zé）要（yào）考虑其测量（liàng）范围、精度、输出特性、动态（tài）特性等。
姿态传感器应安装在无人机重心附近，振动要（yào）尽可（kě）能小（xiǎo），有较高的安装精度要求。
3.高度、空速传感器（大气机）
高度、空速传感（gǎn）器（大气机）用（yòng）于感受无（wú）人机（jī）的（de）飞（fēi）行高度和空速，是高（gāo）度保持和空（kōng）速（sù）保持的必备传感（gǎn）器。一般和（hé）空速管、同期管路构成大气数据系统。
高度、空速（sù）传感器（大气机）的选择主要考虑测量范围（wéi）和测量精度。一（yī）般要求其安装（zhuāng）在空（kōng）速管附近，尽量缩（suō）短管路。
4.位置传感器
位置（zhì）传感器用于感（gǎn）受无（wú）人机的位置，是（shì）飞（fēi）行（háng）轨迹控制的必要前提（tí）。惯（guàn）性（xìng）导航设备（bèi）、GPS卫星导（dǎo）航接收机、磁航向传感器是典型的位置传感器。
位置传感器（qì）的选（xuǎn）择一般（bān）要考虑与飞行时间相关的导航精度、成本和可用性等问题。
惯性导航设备有安装位置和（hé）较高的安装精度要求，GPS的安装主要应避（bì）免天（tiān）线的遮（zhē）挡（dǎng）问（wèn）题（tí）。
磁航向传感（gǎn）器要安装在受铁磁（cí）性（xìng）物质影（yǐng）响最小且相对（duì）固定的（de）地方，安装（zhuāng）件应采用非磁性材（cái）料制造。
飞（fēi）控计（jì）算机
导航（háng）飞控计算机，简称（chēng）飞控计算机，是导（dǎo）航飞控系统的（de）核（hé）心（xīn）部件，从无人（rén）机飞行（háng）控制的角度（dù）来（lái）看，飞控计算机应具备如下功能：
（1）姿态稳定与控制
（2）导航（háng）与制导控制
（3）自主飞（fēi）行控（kòng）制
（4）自（zì）动起飞、着陆控制。
1.飞控计算（suàn）机类型
飞控计算机（jī）按照对信号的处（chù）理方（fāng）式（shì），主要分为模拟式。数据混合式和（hé）数字式、飞控计算（suàn）机三种类型。
现今，随着（zhe）数学电路技术的发展，模拟式飞控（kòng）计算（suàn）机（jī）已（yǐ）基本被数（shù）字式飞控（kòng）计（jì）算机取代（dài），新研（yán）制的无人机飞控（kòng）系统几（jǐ）乎都采用了数字式飞控计算（suàn）机。
2.飞控计算机余（yú）度
无人机没（méi）有（yǒu）人（rén）身安全问题，因（yīn）此会综合考虑功能、任务（wù）可靠性要求和性能价格比来（lái）进行（háng）余度（dù）配置设计。就飞（fēi）控（kòng）计（jì）算机而言，一般（bān）大、小型无人机都（dōu）有（yǒu）哦余（yú）度设计，一些简单的微（wēi）、轻型无（wú）人机无单余度设计。
3.飞控计（jì）算机主（zhǔ）要硬（yìng）件构成（chéng）
（1）主处理控制器。主要有（yǒu）通用型处（chù）理器（MPU）、微（wēi）处理器（MCU）、数字（zì）信号处理器（qì）（DSP）。随着（zhe）FPGA技（jì）术的发展，相当（dāng）多的主处理（lǐ）器FPGA和处理器组合成（chéng）强大的主处理控制器。
（2）二次电源。二次电源是飞控计算机的一个关键部件。飞控计算机的二次电源一般为5V、±15V等直流（liú）电源电压，而无人机（jī）的一次（cì）电源根据型号不同区（qū）别较（jiào）大，要对一次电源进行变换。现在（zài）普遍使（shǐ）用集成开关电源模块。
（3）模拟量（liàng）输入/输出（chū）接（jiē）口。模拟量（liàng）输入接口电路将各传（chuán）感器输入的（de）模拟量进行（háng）信号调理（lǐ）、增（zēng）益变换，模/数（shù）（A/D）转换后，提供（gòng）给（gěi）微（wēi）处理器（qì）进行相应处（chù）理（lǐ）。模拟信号一般可分为直流模拟信号和交流（liú）调制信（xìn）号两类。模拟量输出接口电路用（yòng）于将数字控（kòng）制信号转换为伺服机构能识别的模拟控（kòng）制信号（hào），包括模/数转换、幅值变换和（hé）驱动电路（lù）。
（4）离散量（liàng）接口。离散量输（shū）出电路（lù）用于将飞控计（jì）算机内部（bù）及外部的开关量（liàng）信（xìn）号变（biàn）换为与微处理器工作电（diàn）平兼（jiān）容的信号。
（5）通信接口。用于（yú）将接收的串行数据转（zhuǎn）换（huàn）为可以让主处理器读取的数据或（huò）将主（zhǔ）处理器（qì）要发（fā）送的数据转换为相（xiàng）应（yīng）的（de）数据。飞控计算机和传（chuán）感器之（zhī）间可以（yǐ）通过RS232/RS422/ARINC429等（děng）总线方式通信，随着技术（shù）的（de）不断发展，1553B总线等其他总（zǒng）线通信方式（shì）也将应（yīng）用到无人（rén）机系（xì）统中。
（6）余度管理。无人机（jī）余度（dù）类（lèi）型飞控（kòng）计算机（jī）多（duō）为双余度配置。余度（dù）支持电路用于支（zhī）持（chí）多余度机载计算机（jī）协（xié）调运行（háng），包括：通（tōng）道（dào）计（jì）算机间的信息（xī）交换（huàn）电路，同步指示电路，通道故障（zhàng）逻辑综（zōng）合电路及故障切换电路。通道计算（suàn）机间的信（xìn）息交换电路是两个通道飞控（kòng）计（jì）算机之间（jiān）进行共（gòng）享信（xìn）息（xī）传递的信息通路。同（tóng）步指示电路（lù）是同步运（yùn）行的（de）余（yú）度计算机之间（jiān）相互同步的（de）支（zhī）持电路。通道故障逻辑综合电（diàn）路将（jiāng）软件监控（kòng）和硬件监控电路的监控结果进行综合（hé），它的输出用（yòng）于故（gù）障切换和故障指（zhǐ）示。
（7）加温电（diàn）路。常用工（gōng）作（zuò）环境超出工业品级温（wēn）度范围的飞控计算机当（dāng）中（zhōng），以满（mǎn）足加（jiā）温电路（lù）所（suǒ）需功（gōng）率和加（jiā）温（wēn）方式（shì）的需求（qiú）。
（8）检测接口。飞控计算（suàn）机应留（liú）有合（hé）适（shì）的接口，方便与一线检测设（shè）备（bèi）、二线检测设备连接（jiē）。
（9）飞控计算（suàn）机机箱。它直接（jiē）影响（xiǎng）计算（suàn）机抗恶劣环境的能（néng）力（lì）以及可靠性、可维护性、使用寿命。
4.机载（zǎi）飞控（kòng）软件
机载（zǎi）导航（háng）飞（fēi）控软件，简称（chēng）机载飞控软（ruǎn）件（jiàn），是一种运行于飞（fēi）控计算机上的嵌入（rù）式实时任（rèn）务软件。它（tā）不仅要具有功能正确（què）、性能（néng）好、效率高的特点，而且要具有较好的质量（liàng）保证（zhèng）、可（kě）靠（kào）性和可（kě）维护性（xìng）。
机载非（fēi）空软件按功能可以（yǐ）划分（fèn）成如下功能（néng）模块：
（1）硬（yìng）件接口驱动模块；
（2）传（chuán）感器数（shù）据（jù）处理模块；
（3）飞行控制律模块；
（4）导航与制导模块；
（5）飞行任（rèn）务管理模块
（6）任务设备管理模块；
（7）余度管（guǎn）理模块；
（8）数据传输、记录模块
（9）自检测模块（kuài）
（10）其他模块。
5.飞控计算机（jī）自检（jiǎn）测（cè）
飞控计算机自检（jiǎn）测模块（BIT）提供（gòng）故障检测（cè）、定位（wèi）和隔离的功能。BIT按功能不同（tóng）又分为（wéi）维护自检测（cè）（MBIT）、加（jiā）电起动自检测（PUBIT）、飞（fēi）行前自检测（PBIT）、飞行中（zhōng）自检（jiǎn）测（IFBIT）。
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