CADC對地偵察與打擊的小思路

話說今年對地的規則新規則的可玩性大增，尤其對於我們這種飛手半路出家，訓練要到五環外的學校來說。自動飛行可難可易，既可完全自主、撒手不管，也可以航點飛行、人工讀數。下面說一下我關於載機設計的思路，以及自動飛行的一個入門方案。至於全自主飛行本人水平和時間有限，現在還只停留在思路階段，歡迎各位大佬來一起討論。

先看規則的主要變化

1、

如果採用新引入的自動飛行可以帶來兩點優勢，一個是150%的分數，再一個是組裝、調試完成後，操作員申請起飛，裁判發出起飛指令開始計時，也就是說任務分中多得了一個開箱組裝的時間。不可採用自動偵查、手動投彈的混合方式。

不難看出，使用自動飛行完成任務將完勝手動飛行。查看成績評定，自動飛行可多獲得偵查150分，空投50分，起飛用時20-30分（根據往年成績推算）。總共220-230分，而任務分一共才240分，除非手動從起跑到停表10秒鐘完成任務，才可以「追平」這部分，顯然這已經超出人類目前的技術水平……

2、

必須靜止在著陸區，因此觸地後需要儘快減速，安裝輪式起落架不是一個很好的選擇。而且著陸之前必須拋掉載重物。

載機設計

對地這個項目不追求極限的載重，追求極限的時間。一切的要求都是快！當然有時候為了快，需要慢下來，比如讀數的時候，飛得太快顯然不利於識別靶標。綜上，張弛有度才是王道。今年分自動、手動兩個方式，自動不要求快速起飛，理論上可以採用快拆的方式。但是鑒於設計兩套飛機在設計時間、通用性、賽場靈活性上的劣勢，並不建議使用兩套飛機。

這樣的話設計要求和往年大體相同。

1、採用摺疊，快速起飛

2、翼載荷不能太大，失速速度小。尤其是使用自動飛行，就目前消費級飛控的技術來說，肯定不能像手動飛行那樣極限。比如ardupilot固件建議的最小速度要高於失速速度10-30%

3、動力強悍，最大速度要大，該快的時候要節約時間

4、操作舒適，安定性好，尾容量和副翼面積不能太小

5、結構強度大，有一定防水能力，適合暴力起降、惡劣天氣飛行

為此，我採用雙翼機的設計方案。雙翼機低速性能好。雙翼的空間利用率高於相同翼面積的單翼機。尤其是採用自動飛行時，機載設備增加，機艙變大，雙翼機的空間利用率優勢進一步加大，上下兩翼也可留出足夠的間距。增加的翼面積正好留給機載設備和結構加強用。至於效率低下的缺點嘛，反正對地也不要求這個，哈哈。

摺疊方式通過和竹蜻蜓朋友們的討論，認為有如下三種可以考慮。現在做一下對比

1、

圖3，正方形為機身截面，紅色為卡扣，黑點處可以轉動，上下翼之間加支撐。機翼向下摺疊後飛機倒置於箱中，為便於摺疊丄翼從機身延伸出一小段。尾翼同樣向下摺疊90度。這個源自17年一本鄭君的設計。優點：展開迅速，幾乎是拿起來就可以展開完畢。翼梢可以加端板減小誘導阻力（效果有待討論）。缺點：下翼的大部分受力會傳到上翼，對上翼強度要求高。

2、

圖 4，上翼向上折，下翼向下折。尾翼向上摺疊或者伸縮。這是最大家最常用的摺疊方式。優點：設計簡單。缺點：展開速度慢，空間利用率明顯不如圖一，要求機翼抗彎性能好。

3、

圖 5，上下翼旋轉90度與機身重合，尾翼不摺疊或者伸縮。優點：空間利用率最高，機頭可以比圖一、圖二長，方便配平；展開速度介於圖一、圖二之間。翼梢可以加端板減小誘導阻力（效果有待討論）。缺點：重新設計旋轉機構，設備艙門只能在側面。

偏航控制可以採用雙發差速轉向，去掉垂尾舵機（V尾另說），ardupilot3.8以上固件據官方介紹已經可以支持差速，但是我還沒用過。

至於翼型選取、具體設計參數暫時先不說了。一是因為每家的機載設備、工藝、製作態度都不一樣，具體設計不具有普適性；二是學弟學妹今年還要比賽，雖然他們沒打算採用整篇文章里的任何內容，但還是留著吧，hhhhh。

採用工藝

對於我們這種非航空院校我認為可以採用epo泡沫加玻纖環氧的復材機翼，木質機身。復材的特點在於批量生產迅速，強度過剩，加工後一致性好在小飛機上使用結構重量偏大，便於做開縫襟翼這些造型。強度過剩正好符合暴力起降的要求。最主要的是一致性好，非常適合像我們這種製作工藝慘不忍睹的隊伍。還有方便批量，在飛手天賦差不多的情況下，訓練強度、炸雞數量、比賽成績是正相關的，單架飛機工時少，可以提供足夠的飛機訓練，T-34雖然沒有虎王那樣精雕細琢，但是貴在以量取勝。備賽條件優於我們的學校可忽略前幾句。在對地項目中，飛機重一些如果能保證翼載荷等數據可以接受，也未必是壞事，抗風性會有所提高。

亂入一張052D驅逐艦像魚雷艇一樣飄搖的插圖

節約時間

關於節約比賽時間想到了這幾點。

起飛上電，以前大家基本都使用的船型或撥桿開關。可以在串聯一個這樣的夾子開關。

圖7、圖8為簡易示意圖。整個開關為一個夾子，各種夾子（圖9）都行，圖8銅絲處應該為銅觸點，觸點間用絕緣紙隔開，絕緣紙另一端連接在箱子上，開箱拿起飛機即可上電。省一秒是一秒，畢竟幾秒鐘就可以決定名次。

因為飛機需著陸後方可結束計時，降落時可以滿油返航並降低高度，飛至降落區之後採用滑翔機蝴蝶剎（襟翼和副翼相反方向打滿）的方式直接降落。不過要求機身強度餘量大，根據開蝴蝶剎產生的俯仰力矩可能需要尾翼加一點混控。

偵查

偵查方面可以分為攝像頭、圖傳、地面端，三個部分

模擬攝像頭要求寬動態，逆光好，基本某寶上的fpv攝像頭就行，一分錢一分貨，加個舵機雲台就夠了（使用方法在自動飛行-雲台中介紹）。也可以採用可變焦的模擬攝像頭，索尼700線，10倍光學變焦，飛機飛高飛低均可，航線偏了也行，看靶標利器！手頭還剩幾個，感興趣的私聊，便宜處理了，哈哈。不過這個只適合手動飛行，如果自動飛行採用這個，難度大，不適合本文所述自動飛行入門方案。數字圖傳要麼是自帶相機（可省去hdmi編碼時間），要麼就gopro或者各種山狗。

圖傳也分模擬和數字。模擬的便宜，延遲小，清晰度差，各家的效果理論上區別不大，因為基本都用的一樣的電路和晶元，就看做工和用料了。數字的貴，清晰，銀子夠的話比模擬的延遲還小，使用要求高。這裡多說一句prosight真的是個好東西，效果不好的還是使用方法需要改進。以色列這牌子又新出了一款號稱3km的圖傳，b&h上僅接收端是1600刀還缺貨，請土豪買來錄個視頻讓我開開眼界。

地面端可以是最傳統的雪花屏加接收，也可以是大尺寸高亮屏，用電腦加視頻採集卡也不錯，還能回放。

空投

手動投水最簡單的就是超低空舔地飛行，缺點是對飛手要求極高，訓練炸雞多，甚至可能導致飛機供應不上。高空手動安全，但是不準，可以登錄知識產權局檢索專利《小型無人機空投落點指示系統》，專利號：2017208264276，參考此專利輔助投水。自動飛行投水在下文自動飛行-命令翻譯中介紹。

自動飛行

分析：

由規則變化1可知，組委會暗示極其明顯，天井不動用來測量GPS坐標；起飛後切換、完成任務後拿起遙控器，指的是切換遙控器飛行模式；組裝調試後申請起飛，為了給GPS搜星時間。所以入門方案採用飛控飛航點，GPS導航，地面站控制，人工識別數字後再次由地面站下達投水任務

原料：

載機、apm或者pixhawk以及其他支持ardupilot固件的飛控（開發團隊在年初的堪培拉開發者會議上宣布將在近期內支持f4、f7飛控），mission planer地面站（我用的1.3.32版本），ttl信號數傳（此數傳非數字圖傳）（推薦500mw的，某寶很多，畢竟功率大比較穩妥，當然土豪用p900那真是極好的），GPS（要m8n的，固定翼對靈敏度要求還是比較高的，而且比賽對精度要求也高，樂迪的口碑還可以，土豪推薦上差分），舵機雲台。

基本調試（不詳細的地方可以百度各種教程）

1、安裝地面站

2、連接設備

3、未連接時下載固定翼固件

4、用usb線連接飛控，com口根據情況選擇，波特率115200，連接

5、校準

6、超聲波或激光雷達。如果攝像頭和圖傳效果差一點，需要低飛，氣壓計定高的精度有限，可以考慮添加超聲波或者激光雷達。超聲波距離近，便宜。激光雷達精度高，距離相對遠，不過受室外光強和反射物體顏色影響。具體使用網上有很多教程

7、數傳連接，波特率要改成57600。相當於無線usb，可以在空中調試飛控，載入任務。

8、空速計調試，空速計需校準以獲得準確空速。空速計分為模擬和數字兩種。參見次教程和百度

9、Pid調節，使飛機穩定飛行，是自動飛行的前提。參見這個教程http://bbs.5imx.com/forum.php?mod=viewthread&tid=1272314和本專欄小航模，大創造-飛控篇。另外說一句，調試的時間會很長，如果按照比賽用的電池可能還不夠一次調試的最小時間，建議使用18650組一個電池組作為附加電源，放在水倉里。建議採用索尼ctv6，30a電流，單節46g，能量密度遠高於鋰聚合物電池。如果4s2p，368g體積小於水瓶，重量幾乎和水一樣。有效避免了是否載水、重心變化對飛機的影響。所調參數即為載水飛行時飛機實際狀態。

10、命令解釋，是本文的重點

（1）首先在配置/調試，full paramerer list上skip-gyro-cal置1. 這個命令是跳過初始陀螺儀校準功能，上電之後不需要靜止飛機校準陀螺儀。使用上次保存的陀螺儀校準數據。（因此要求上次校準和本次啟動的地理位置，溫度變化不大）

（2）waypoint。設置航點為靶標的位置（地圖可能會有偏移，建議實際測量）（先要點擊起始位置，確定home）航點半徑的意思是：比如半徑5米，飛機飛至航點5米範圍內，即認為該航點已經到達。

（3）Do-Jump

跳轉，例子中這個命令是航點2之後跳轉回航點1再重複兩次。Rep重複次數。這個命令可以用在重複飛行三個靶標時使用

（4）Loiter_Turns

飛到指定位置並繞圈，可以在識別靶標之後飛到指定地點等待下達投水任務。設置中Lat, Lon是指定位置的經緯度、Turn圈數、Dir 1=CW順時針繞圈或逆時針、alt繞圈時相對home的高度。在飛行模式中也有Guided（定點繞圈模式）和Circle（原地繞圈模式），可以飛行數據-動作-模式中通過地面站更改，根據官網解釋，Guided類似於Loiter_Turns可以在地面站指定一位置繞圈；Circle則是原地繞圈。我建議不要在原地繞圈，因為這樣可能會導致在你下達投水命令時，飛機距離投放地點的距離小於轉彎半徑。

（5）Condition-Distance，非常有用的命令

設置投水命令時，比如設定巡航速度10m/s，高度10m，那麼水瓶下落時間是1.4s，假設加上舵機延遲0.5s，那麼就要在靶標前19m投水。設dist=19，則飛機在距離圖中航點5之前19m的航線上執行序號為4的命令。

（6）Do-Set-Servo

可以用此命令觸發投水舵機，比如圖中命令的意思連接輸出口8的舵機，旋轉到pwm1700的位置，4秒之後回到中立點，重複2次。

（7）Do-Change-Speed

更改速度，比賽分秒必爭，比如在偵查結束之後，不要求低速飛行，可以更改為更大速度節約時間。

11、自帶雲台舵機雲台可以得到一定程度增穩，比無刷雲台差一些，不過夠用。

12、飛行觀測。取另外一個接收機與fpv的圖傳對頻，用視頻採集卡接電腦usb介面，按圖31配置。可以在顯示器上顯示飛行畫面和飛行參數，如圖32，便於感知飛機狀態。至於能不能用該圖像做飛手fpv飛行圖像，還是要看採集卡和電腦性能，有的設備延遲可以接受，有的不能使用。

暫時先寫這麼多，有很多不夠具體的東西後面會不定期更新

鳴謝：竹蜻蜓全體成員 一本鄭君專欄 以及為本篇文章積累了經驗的學長、學弟、老師。