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無人機飛控三大算法：捷聯式慣性導航系統、卡爾曼濾波算法、飛行控制PID算法。
一、捷聯式慣性導航系統
說到導航，不得不說GPS，他是接受衛星發送的信號計算出自身位置的，但是當GPS設備上方被遮擋后，GPS設備無法定位了。比如在室內、隧道內、地下等場所，基本收不到GPS信號。
語錄：任何一款有缺點的產品，必然成就了另一款能克服其缺點的產品。
另一種導航方式是不依賴外界信息的，這種導航叫做慣性導航。
那什么是慣性導航呢？他就是利用載體上的加速度計、陀螺儀這兩種慣性遠見，去分別測出飛行器的角運動信息和線運動信息，與初始姿態、初始航向、初始位置一起交給計算模塊，由計算模塊推算出飛機的姿態、速度、航向、位置等導航參數的自主式導航方法。
（精益求精：陀螺儀是怎么通過角運動信息再經過計算模塊計算得出姿態的呢？同理加速度計又是怎樣通過線運動信息再經過計算模塊計算出速度的呢？）
另外慣性導航系統分為平臺式慣性導航和捷聯式慣性導航。
慣性導航系統分為平臺式慣性導航和捷聯式慣性導航。
早期的慣性導航系統都是平臺式的，平臺式慣導有實體的物理平臺，陀螺儀和加速度計置于由陀螺穩定的平臺上，該平臺跟蹤導航坐標系，以實現速度和位置解算，姿態數據直接取自于平臺的環架。
優點：直接模擬導航坐標系，計算比較簡單;能隔離載體的角運動，系統精度高。
缺點：結構復雜，體積大，制作成本高。
還有另一種捷聯式慣性導航，捷聯的英文原義是“捆綁”的意思。因此捷聯式慣性導航也就是將慣性測量元件，包括陀螺儀和加速度計，直接裝在需要姿態、速度、航向等導航信息的主體上，用計算機的測量信號變換為導航參數。
優點是沒有平臺，架構簡單，體積小，維護方便。
缺點：慣性元件直接裝在載體上，環境惡劣，對元件要求較高;坐標變換中計算量大。
總體來看，捷聯慣導比平臺式慣導優勢明顯。
在1969年，捷聯慣導系統作為“阿波羅”-13號登月飛船的應急備份裝置，在其服務艙發生爆炸時將飛船成功地引導到返回地球的軌道上時起到了決定性作用，成為捷聯式慣導系統發展中的一個里程碑
二、卡爾曼濾波算法
卡爾曼濾波算法采用信號與噪聲的狀態空間模型，利用前一時刻地估計值和現時刻地觀測值來更新對狀態變量的估計，求出現刻的估計值。
卡爾曼濾波算法是卡爾曼等 人在20世紀60年代提出的一種遞推濾波算法。它的實質是以最小均方誤差為估計的最佳準則，來尋求一套遞推估計的算法。這套算法采用信號與噪聲的狀態空間模型，利用前一時刻地估計值和現時刻的觀測值來更新對狀態變量的估計，求出現時刻的估計值，在慣性導航系統中有非常廣泛的應用。剛才說的噪聲指的是計算得出的值與實際值的誤差。
那么為什么Kalman濾波會應用到慣性導航系統中呢？這主要是因為慣性導航系統的“純慣性”傳感器不足以達到所需的導航精度，為了補償導航系統的不足，常常使用其他導航設備來提高導航精度，以減小導航誤差。所以利用Kalman濾波算法，可以將來自慣性導航系統與其他導航裝置的數據（如慣性導航系統計算的位置對照GPS接收機給出的位置信息）加以混合利用，估計和校正未知的慣性導航系統誤差。
卡爾曼濾波算法廣泛應用已經超過30年，包括機器人導航，控制， 傳感器數據融合甚至軍事方面的雷達系統以及導彈追蹤等等。
比如，在雷達中，人們感興趣的是跟蹤目標，但目標的位置、速度、加速度的測量值往往在任何時候都有噪聲?？柭鼮V波利用目標的動態信息，設法去掉噪聲的影響，得到一個關于目標位置最優的估計。這個估計可以是對當前目標位置的估計（濾波），也可以是對于將來位置的估計（預測），也可以是對過去位置的估計（插值或平滑）。
卡爾曼濾波算法是一個非常復雜的計算，我們結合飛行器來簡單的講一下它的計算過程，比如飛行器想知道自己的一個狀態，這個狀態可以是姿態、速度或位置等信息，我們知道飛行器的傳感器是可以得到這些信息的，通過慣性導航的數學模型也可以計算出這些信息，但這兩個信息的值與實際值還是有一定的差距的，把這兩個值放在若干數學公式里可以得到一個最優值，通過這個最優值與傳感器和數學模型的值進行對比，我們可以知道哪個值與最優值比較接近，下次的計算我們應該較多的參考接近最優值的那個值，比如傳感器的值最接近最優值，那我們就把傳感器的值使用較大的權重，數學模型得到的值加使用較小的權重，所得到的這個權重不是隨便給的，也是通過數學公式得也來的。那我下一個時間段再計算的時候這個權重就要起作用了，傳感器的值和數學模型的值會帶著權重放在數學公式里得到最優值，然后我們再把這個最優值與傳感器和數學模型的值進行對比，再看一下哪個值與最優值接近，如果還是傳感器的值比較接近，我們還是會通過公式生成一個權重，交給下個時間段的計算使用。通過不斷重復這樣的計算，我們就可以得到一個相對較優的值，這就是卡爾曼濾波算法的大概過程。
三、飛行控制PID算法
PID控制器是一種線性控制器，它主要根據給定值和實際輸出值構成控制偏差，然后利用偏差給出合理的控制量。
目前，人們通過科學研究獲得了諸多具有優異控制效果的算法和理論，但在工程應用領域，基于經典PID的控制算法仍然是最簡單、最有效的控制方案。
PID控制器是一種線性控制器，它主要根據給定值和實際輸出值構成控制偏差，然后利用偏差給出合理的控制量。
目前主流的幾款開源飛控中，無一例外地都是采用PID控制算法來實現無人機的姿態和軌跡控制。
PID里的P是Proportion的首字線，是比例的意思，I是Integral的首字線，是積分的意思，D是Differential的首字母，是微分的意思。
那么PID控制器算法能解決什么問題呢？以多旋翼為例，在沒有控制系統的情況下，直接用信號驅動電機帶動螺旋槳旋轉產生控制力，會出現動態響應太快，或者太慢，或者控制過沖或者不足的現象，多旋翼根本無法順利完成起飛和懸停動作。為了解決這些問題，就需要在控制系統回路中加入PID控制器算法。在姿態信息和螺旋槳轉速之間建立比例、積分和微分的關系，通過調節各個環節的參數大小，使多旋翼系統控制達到動態響應迅速、既不過沖、也不欠缺的現象。
責任編輯：gt
工商網監
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