作为无人机导航的感知单元，导航系统承担着无人机状态参量测量与估计的重任。目前由于GPS、室内定位甚至自动驾驶在生活中的广泛应用，“无人机导航”、“制导”、“控制”这几个词也越来越为大众所熟悉和使用，但是对于这些词的真正定义，我们日常生活中的使用和理解方法可能与无人机语境有所不同。

无人机导航：即无人机获得自己当前（在某个参照系下）的位置、速度等信息，必要时还需要获得当前（相对于某个参照系）的姿态、姿态角速度等信息。例如，采用纯惯性导航可以获得无人机在某个惯性系下的位置、速度和加速度，以及相对于该惯性系的姿态角和角速度；GPS导航系统则可以提供无人机在坐标系下的速度、位置和航向角等信息；而借助室内定位系统则可以获得无人机相对于室内某个坐标系的速度、位置等信息。因此，简要概括导航的主要工作就是要“知道自己在哪，知道自己的姿态”。

制导：即无人机发现（或外部输入）目标的位置、速度等信息，并根据自己的位置、速度以及内部性能和外部环境的约束条件，获得抵达目标所需的位置或速度指令。例如，按照规划的航路点飞行时，计算无人机径直或者沿某个航线飞抵航路点的指令；采用基于计算机视觉目标跟踪的光学制导时，根据目标在视场中的位置（以及摄像头可能存在的离轴角）计算跟踪目标所需的过载或者姿态角速度指令；而当预装地图中存在需要规避的障碍物或禁飞区时，根据无人机飞行性能计算可行的规避路线或者速度指令。因此，简要概括制导的主要工作就是要“知道目标在哪，如何抵达目标”。

控制：即无人机根据当前的速度、姿态等信息，通过执行机构作用来改变姿态、速度等参数，进而实现稳定飞行或跟踪制导指令。例如，当固定翼无人机需要爬升高度时，计算需要的俯仰角和俯仰角速度指令，以及为了让空速不至于大幅降低所需的油门指令；当沿着航线飞行，但是存在侧风时，计算所需的偏航角指令以利用侧滑抵消侧风影响；或者当多旋翼无人机的某个旋翼失效时，计算如何为剩余旋翼分配指令以尽可能实现稳定飞行。因此，简要概括控制的主要工作就是“改变飞行姿态，跟踪制导指令”。

无人机导航，当前多数无人机采用惯导/卫星导航组合作为基本的导航方式，可以保证绝大多数场景下的稳定导航。大型军用无人机由于对导航系统的轻量化和成本要求不高，为了实现较高的导航精度，其通常仍采用光纤/激光陀螺和石英加速度计组成的高精度惯导系统，而中小型和民用无人机则采用更轻小更廉价，但是精度较低的MEMS器件组成惯导或航姿参考系统，与卫星导航组合后，仍能提供有效的导航信息输出。

标签： 无人机导航