第7章 无人机操纵

第7章

无人机操纵“十三五”应用型人才培养规划教材无人机应用技术重点专业建设示范教材目录第一节无人机飞行操纵第二节无人机地面站第三节无人机飞行第四节无人机飞行安全一、无人机飞行操纵1.遥控方式（PIC）2.自主控制（UAV）3.组合控制（RPV）遥控方式（PIC）：遥控方式是指通过数据链路对无人机实施的飞行控制操纵。自主控制（UAV）：自主控制飞行是指不需要人工参与的飞行控制。组合控制（RPV）：在自主飞行的基础上，通过操纵杆在无人机的控制外回路施加一定的偏移量，

尤其是在自动起飞着陆过程中，对导航偏差和外界干扰进行人工干预的一种

控制模式。1.无人机飞行操纵类型一、无人机飞行操纵1.基本操纵杆作用在固定翼无人机操纵中油门控制前进动力、升降舵控制俯仰运动、副翼控制横滚运动、方向舵控制偏航方向，在旋翼无人机操纵中油门控制上升动力，升降舵控制前后直线运动、副翼控制左右直线运动、方向舵控制水平旋转运动。2.无人机遥控器操纵一、无人机飞行操纵2.中立点微调用来调整飞机的平衡，当遥控器校准完成后，在无人机起飞还是有明显偏移时候使用。例如：当无人机起飞后，往左边倾斜侧滑，调整副翼微调杆往右拨，往前方倾斜侧沁滑时，调整升降舵微调杆往后拨，每次调整一小格的量。2.无人机遥控器操纵一、无人机飞行操纵遥控器的通道和遥控功能定义为副翼为1通道、升降为2通道、油门为3通道、航向为4通道，根据遥控器左右遥杆的操控功能不同又分为四种遥控模式。

3.无人机遥控器飞行手法1）地面教学2）飞行学习3）起飞程序4）飞机的调校5）着陆准备6）着陆组织7）着陆8）单飞的训练安排一、无人机飞行操纵1.《无线电遥控模型飞机戴氏教学法—基础飞行训练》大纲4.戴氏飞行训练法介绍1）飞机的选择2）基础知识3）特技动作训练4）如何组合连续的特技动作、问题与解决方法、特技动作的各种变化形式。一、无人机飞行操纵2.《无线电遥控模型飞机戴氏教学法—业余特技飞行训练》大纲

4.戴氏飞行训练法介绍目录第一节无人机飞行操纵第二节无人机地面站第三节无人机飞行第四节无人机飞行安全二、无人机地面站无人机地面站的功能主要包括的实时通信、数据存储与分析、地图定位，以及任务规划和管理等。民用消费级的无人机地面站比较简单，通常把装有调试软件的PC端或移动设备端称为地面站，调试软件又可称为地面站软件，而对飞控调试、航迹规划和数据监控则是消费级无人机地面站的主要内容。

无人机的地面站控制系统简单称为“地面控制站”，地面控制站的功能和实现形式根据无人机系统技术的发展以及自身的功能需求在不断的发生变化。1.地面站控制概述二、无人机地面站飞控调试是指用调试软件对飞控进行相关调试，常用的几款飞控与对应的调试软件如下表所示。

2.飞控调试飞控调试软件CC3DOpenPilotGCSF3、F4飞控Cleanflight、betaflightNAZAzadigMWCArduinoAPM、PIXHAWKMissionPlanner

二、无人机地面站无人机航迹规划是任务规划的核心内容，需要综合应用导航技术、地图信息技术以及远程感知技术，以获得全面详细的无人机飞行现状以及环境信息，结合无人机自身技术指标特点，按照一定的航迹规划方法，制定最优或次优路径。

3.航迹规划航线规划的内容包括出发地点、途经地点、目的地点的位置信息、飞行高度和速度与需要到达的时间段。航线规划应具备以下功能：（1）具有标准飞行轨迹生成功能。（2）具有常规的飞行航线生成、管理功能。

二、无人机地面站航迹规划使用方法，以PIXHAWK飞控为例介绍航迹规划的使用方法，当无人机处于auto模式时启动自主飞行模式。航点规划及动作操作大致流程如下：

3.航迹规划1）设置返航位置（HomePosition）2）了解任务3）设置航路点规划及动作4）设置相关参数：

DefaultAlt（默认高度）、Verifyheight（验证高度）5）保存航行任务

二、无人机地面站数据监控是指当地面站与无人机连接后，地面站上显示无人机当前的状态、信息和飞行数据等，以PIXHAWK飞控地面站软件MissionPlanner进行介绍。

4.数据监控目录第一节无人机飞行操纵第二节无人机地面站第三节无人机飞行第四节无人机飞行安全三、无人机飞行无人机的操控主要由遥控器的左右两个摇杆来完成，每个摇杆均有上、下、左、右四个方向运动，分别控制不同的飞行动作。训练过程首先是基本飞行训练，基本飞行训练包括起飞/升高训练、降落/降低训练、定高移动训练和方向控制训练等。进阶飞行包括八方位悬停和360度自旋悬停训练等。综合训练包括矩形航线训练、梅花航线训练、圆形航线训练和匀速水平8字训练等。1.基本飞行1）起飞/升高训练2）降落(降低)训练1.多旋翼飞行三、无人机飞行3）定高移动训练1.多旋翼飞行（1）无人机起飞，慢推动油门至50%左右，当无人

机高度处于视线上方30º角（约2米处），保持

无人机处于悬停状态。（2）操纵副翼摇杆，练习移动无人机左右位置。（3）

再操纵升降杆，练习移动无人机前后位置。（4）最后把无人机移动到起飞点上空，完成定高移

动练习。三、无人机飞行4）方向控制训练1.多旋翼飞行（1）无人机起飞，缓慢推动油门至50左右%，当无

人机高度处于视线上方30°角（约2米处），保

持无人机处于悬停状态。（2）操纵方向舵摇杆，练习旋转无人机方向。（3）最后旋转无人机，让尾灯对着飞手，结束练习。三、无人机飞行2.进阶飞行

1）对尾悬停训练1.多旋翼飞行（1）在无人机下方放一个圆锥形参照物，如雪糕筒。（2）操纵无人机起飞，缓慢推动油门至50%左右，

当无人机高度处于视线上方30°角（约2米处），

保持无人机处的悬停状态。（3）保持高度的同时控制偏航方向的稳定，使机尾

正对着操纵者。（4）保持无人机在参照物中心点上方悬停，位置偏

差不超过半个机身位置。三、无人机飞行2.进阶飞行

2）八方位悬停训练1.多旋翼飞行（1）在无人机下方放一个圆锥形参照物，如雪糕筒。（2）操纵无人机起飞，缓慢推动油门至50%左右，当

无人机高度处于视线上方30°角（约2米处），保

持无人机处的悬停状态。（3）保持高度的同时控制偏航方向的稳定，依次使无

人机前、后、左、右和四个45度角方向正对着自

己，单次只练习一个方向，依次练习。（4）保持无人机在参照物中心点上方悬停，位置偏差

不超过半个机身位置。三、无人机飞行2.进阶飞行

3）360º自旋悬停训练1.多旋翼飞行（1）无人机起飞，缓慢推动油门至50%，当无人机高度

处于视线上方30度角（约2米处），然后进行360º

的偏航旋转，在过程中注意匀速且不宜过快，要控

制转完一周的时间大于6秒，且旋转过程中不能停顿。（2）飞行中注意油门、偏航和升降舵的控制舵量，要控制

所有方向的偏差不超过半个机身位置，训练时需根据

实际情况来完成操控训练。三、无人机飞行3.综合训练1）矩形航线训练1.多旋翼飞行（1）无人机起飞，缓慢推动油门至50%。此时，无人机到

达与视线平齐的高度，并处于悬停状态。（2）继续保持油门50%左右，向上推动升降舵遥杆，无人

机则沿机头方向直线飞行。当飞行一定距离后，升降

舵摇杆回位，向右推动方向舵遥杆、待无人机沿顺时

针方向转过90º后回正遥杆。（3）重复3次步骤2的操控，最后无人机飞回起点位置，

尾灯对着操纵者，结束练习。三、无人机飞行3.综合训练2）梅花航线训练1.多旋翼飞行（1）无人机起飞，缓慢推动油门至50%左右，此时，无

人机到达与视线平齐的高度，并处于悬停状态。（2）继续保持油门，向上推动升降舵摇杆，无人机则向

前方直线飞行到1号桩上方，然后控制偏航方向使

无人机机头方向转向2号桩方向。（3）操控无人机飞至2号桩上方。（4）操控无人机飞至3号桩上方。（5）操控无人机飞至4号桩上方，然后控制偏航方向使

无人机机头方向转向1号桩方向，整个过程保持高

度不变，水平位置偏差不超过半个机身位置。

结束练习。三、无人机飞行3.综合训练3）圆形航线训练1.多旋翼飞行（1）无人机起飞，缓慢推动油门至50%左右，操纵无人机到

达与视线平齐的高度时，并处于悬停状态。（2）同时操纵升降舵摇杆和方向舵摇杆。当向上推动升降舵

摇杆时，同时向右推动方向舵摇杆，无人机则会沿着顺

时针方向飞行；当向下推动升降舵摇杆时，同时向左推

动方向舵摇杆，无人机则会沿着逆时针方向飞行。（3）当顺时针或逆时针飞行360º后，升降舵摇杆和方向舵摇

杆回正，无人机飞回起点，尾灯对着操纵者，结束训练。三、无人机飞行3.综合训练4）匀速水平8字航线训练1.多旋翼飞行（1）无人机起飞，缓慢推动油门至50%左右，操纵无人机

到达与视线平齐的高度时，并处于悬停状态。（2）向上推动升降舵摇杆，进入正式水平8字航线飞行。（3）同时推动升降舵摇杆和向左打偏航摇杆，使无人机向

左前方以走圆弧的路线飞行到2号桩上方，飞行过程

中尽量保持路线圆滑，左右距离偏差不超过半个机身

位置，还要保持飞行速度匀速，然后依次从2号桩→3

号桩→4号桩→1号桩→5号桩→6号桩→7号桩→1号

桩，最后将无人机飞回起点，LED灯对着飞手，结束

训练。三、无人机飞行1.基本飞行1）起飞与爬升2.固定翼飞行在练习无人机的起飞与爬升时要小心谨慎的操作，严禁急躁的将油门打开，需要慢慢的将油门推上去，让无人机低速滑行，使其加速并保持充分的助跑距离，保持整个起飞过程中无人机的加速跟充分的滑行连贯起来。三、无人机飞行1.基本飞行2）直线飞行与航线调整2.固定翼飞行

直线飞行是所有飞行动作的基础，它决定着操纵者是否可以控制住无人机，因此应该踏实认真地掌握好直线飞行的技术。在无人机舵面保持中立的位置时，无人机并不能保持长时间的直线飞行，因为无人机受到风或气流的影响，会逐渐发生偏航直到不能稳定地飞行。必须在无人机出现偏航时及时地进行修正，才能控制无人机在空中保持直线飞行。三、无人机飞行1.基本飞行3）水平转弯2.固定翼飞行

当无人机飞到航线的一端需要进行180度水平转弯调头，这样航线才能连贯下去。当无人机飞到转弯半径的切线处时，先压右副翼，使机翼向右倾斜30～40º左右，然后副翼操纵杆回中，同时适当拉杆，并一直保持拉杆的状态使无人机向左盘旋转弯，转弯过程中不能让无人机掉高度，要在同一水平面上完成转弯。三、无人机飞行1.基本飞行4）低空飞行与降落2.固定翼飞行

低空飞行，是指在较低的高度进行飞行，利用低空飞行进行滑入路线中央的技巧，也是练习降落的前半部分。当电机转速调到中低速域时，将无人机保持直线并且从自己的眼前低空飞过。

降落必须先让无人机进入滑行的路线，再降落到预定的位置上，也就是有限的场所上，即使平安的着陆后，在没有让无人机减速到完全的停止之前，还是不能够掉以轻心。三、无人机飞行2.固定翼特技飞行2.固定翼飞行无人机在飞特技飞行动作前要具备以下几个要素：（1）精心调整好的无人机；（2）要经过科学、系统的基础学习；（3）了解清楚每个特技飞行中，每个操纵的作用；（4）要有一条平行跑道水平直线的航线；（5）有地面参照物；（6）足够的飞行空间；（7）特技所需要的飞行速度和油门；（8）确保动作进入准确；（9）明确动作“分解”的含意；（10）善于总结、灵活应变。常见的特技飞行动作如下：（1）筋斗、（2）副翼横滚、（3）英麦曼回转、（4）古巴8字、（5）反向古巴8字（6）间歇横滚等三、无人机飞行1.直升机各舵面的操控特性3.直升机飞行1）主旋翼操控特性

主旋翼的操控主要分为两种，一种是是螺距控制，通过改变旋翼的螺距大小，从而改变升力使机体上升或下降；另外一种是十字盘倾斜变化螺距控制，使旋翼回转而产生倾斜，达到水平横向或倾斜移动的动作。三、无人机飞行3.直升机飞行2）副翼操控特性副翼操控如同飞行中的固定翼无人机产生机翼倾斜的状态一样，悬停中的直升机如果操纵副翼遥杆往左右国微打舵，直升机则往打舵方向横移，在前进飞行时打副翼舵，则实现倾斜回旋转弯的功能。3）升降操控特性

升降操控和副翼操控原理一样，副翼控制的是左右方向，而升降控制的是前后方向。悬停中的直升机如果操纵升降遥杆作推拉轻微打舵，直升机则会往打舵方向前后移动。在中慢速度前进飞行时，操纵杆往后轻拉杆，机体则产生停止前进，达到刹车的作用，高速前进飞行时往后拉杆，则产生爬升的特性。三、无人机飞行3.直升机飞行4）油门操控特性

油门操纵杆往上推时，旋翼转速增加，机体上升。油门操纵杆往下拉时，旋翼转速降低，机体下降。5）尾旋翼操控特性尾旋翼是让直升机产生安定用的，因主旋翼回转时所产生的扭力，借由尾旋翼操控螺距变化，来抵削产生的扭力，再搭配陀螺仪自动修正辅助，让尾旋翼螺距修舵量使机体能更加稳定操控飞行。悬停时尾旋翼操纵杆往左右轻微打舵，这时直升机以主轴为中心作转向动作。三、无人机飞行3.直升机飞行2.飞行训练1）起飞练习要让直升机垂直上升，在离陆的瞬间必须使其朝某一方向移动。（1）当机头将要转动时，应操纵方向舵给予制止；（2）如果机体向左偏，立即给右副翼；（3）当飞机即将后退，要将升降杆向前推；（4）如使飞机上升，将油门杆稍微向上推一点；（5）着陆切记，油门杆要慢慢进行回收。三、无人机飞行3.直升机飞行2）地面蛙跳练习（1）首选让机头对准风向静静地上升，稍带点前进的微调。（2）上升的高度不要超过500cm，开始绝对不能超过操纵者的身高。（3）如果前进了2～3米，就降低发动机的转速，保持直升机的平衡。切记稍微拉一下

升降舵，做地面平衡的降落练习。（4）由于这种练习要反复进行，所以操纵者要跟着机体后面走。随着操纵的熟练，飞

行距离也在5～10米不断增加。目录第一节无人机飞行操纵第二节无人机地面站第三节无人机飞行第四节无人机飞行安全四、无人机飞行安全1.外部因素

无人机飞行安全是指无人机在运行过程中，不出现由于运行失当或外来原因而造成无人机上的机载设备、传感器或无人机飞行平台的损坏的事件。主要分为外部因素和自身因素，而自身因素又分为通电前的因素、通电后的因素、飞行中的因素和飞行结束后的因素。1）外部因素

注意气象观察影响无人机飞行的气象环境主要包括：风速，雨雪，大雾，空气密度，大气温度等。三、无人机飞行2.自身因素1.通电前1）无人机通电前，机械部分要做好以下检查（1）检查螺旋桨是否完好，表面是否有污渍和裂纹，安装是否紧固，螺旋桨正反桨是否安装正确，转动螺旋桨看是否有干涉。（2）检查电动机安装是否牢固，转动电动机是否有卡滞现象，电动机线圈内部是否洁净，电动机轴有无明显的弯曲。（3）检查机架是否牢固，螺丝有无松动。（4）检查云台舵机转动是否顺畅，有无干涉，云台、相机安装是否牢固。（5）检查电池是否固定。（6）检查重心位置是否正确。三、无人机飞行2.自身因素2）电子部分要做好以下检查（1）检查各插头连接是否紧固，插头与电线焊接部分是否有松动。（2）检查各电线外皮是否完好，有无剐蹭脱皮现象。（3）检查电子设备是否安装牢固，应保证电子设备清洁、完整，并做好防护。（4）检查磁罗盘、IMU指向是否正确。（5）检查电池有无破损、胀气、漏液现象，测量电压是否足够。（6）检查遥控器模式是否正确，电量是否充足，开关是否完好，先开遥控器，再给无人机通电。三、无人机飞行2.自身因素2.通电后（1）电调指示音是否正确。（2）电源开启后，相机和云台工作是否正常。（3）各电子设备有无不正常发热现象。（4）各指示灯是否正常。三、无人机飞行2.自身因素3.预飞行（1）轻微推动油门，观察各个旋翼工作是否正常，小型无人机可以举起无人机晃动（注意做

好防护措施），看无人机是否有自稳趋势。（2）进行前后左右飞行、自旋，观察无人机飞行是否正常，检查遥控器舵量是否正确，各工

作模式是否正确，云台是否正常工作。（3）进行一个矩形航线飞行，进行几个大机动飞行，观察无人机工作是否正常。

多旋翼无人机飞行速度快，如果发生失控、坠落等意外情况，后果不堪设想。因此无人机在飞行前要做缜密的飞行前准备，还要密切留意无人机在飞行中的各种状态，同时还要按时对无人机进行维护保养。三、无人机飞行2.自身因素4.飞行中1）操纵者应时刻清楚无人机的姿态、飞行时间、位置及其状态。（2）确保无人机和人员处于安全距离，否则进行调整或降落。（3）确保无人机电量足够其返航及安全降落。（4）若远距离或超视距操控，监控人员密切监视地面控制站中无人机飞行高度、飞行速度、电池

电压、卫星数量等信息，并及时告知操纵者电池电压、飞行高度等信息或其他意外情况。（5）若出现飞行中丢失卫星导致无人机失控现象发生时，切换飞行模式重新获得无人机操控权，

尽快降落。（6）无人机远距离丢失其姿态信息时，应保持冷静，可通过轻微调整摇杆观察其移动方向，重新

清楚其姿态。（7）自动返航是一项保障功能，由于其返航成功与否涉及因素较多，不能确保万无一失，一般不

主动使用，只作为无人机安全的额外保障。（8）若无人机发生较大故障，要首先确保人员安全。三、无人机飞行2.自身因素5.飞行结束后飞行结束后，要做好以下工作：（1）无人机降落后，确保遥控器已锁定，先切断接收端