消費級無人機開源飛行控制系統發展

自動駕駛儀是一種能夠幫助操縱者實現既定飛行目標的飛行控制系統。它包括軟體控制演算法和硬體平台，在傳統的導彈、戰鬥機上，都配備有自動駕駛儀裝置，但是功能複雜，實現困難。無人機飛入尋常百姓家還是依靠開源飛控平台搭建的自動駕駛儀的爆發得以實現的。

說起開源，飛控開源跟Linux，GNU等開源軟體系統不同，後者通過開源社區的維護，通過共同開發、共同應用的開放思想，使得軟體系統得到了最充分的應用和發展。但是最初推動消費級無人機進入井噴發展期的，卻是一套開源硬體系統。

一、開源飛控元老：Arduino-APM-PX4/PIXHawk

Arduino是業內知名的無人機產品，它是一款便捷靈活、方便上手的開源電子原型平台，包含硬體（各種型號的Arduino板）和軟體開發環境（Arduino IDE），由於開發的初衷就是幫助學生搭建簡單實用的軟硬體開發環境，又因為採用的是開源共享的方式，軟體成本為「0」，硬體成本在批量生產的情況下也被控制的很低，因此Arduino平台的入手門檻很低，一般在網上採購一套基礎開發套件僅需要100元不到。

Arduino系統一般包括一個主控MCU，和一些相關應用的感測器、執行機構，很容易被應用於小型電氣自動化實驗等教學項目或者發燒友們的DIY電子應用開發。

Arduino的出現，不論從技術上還是成本上，都大大降低了飛控軟體演算法實現的門檻，而且除了提供了一整套硬體平台用以實現演算法，開源社區還同時將飛控愛好者們聚集在一起，共同推動技術進步。因此我們看到，在之後的幾年內，基於Arduino的軟硬體系統平台，衍生出了大量的飛控系統應用。

APM（ArduPilotMega）是在2007年由DIY無人機社區（DIY Drones）推出的飛控產品，是當今最為成熟的開源硬體項目。APM基於Arduino的開源平台，對多處硬體做出了改進，包括加速度計、陀螺儀和磁力計組合慣性測量單元（IMU）。

由於APM良好的可定製性，APM在全球航模愛好者範圍內迅速傳播開來。通過開源軟體Mission Planner，開發者可以配置APM的設置，接受並顯示感測器的數據，使用Google Map完成自動駕駛等功能。

目前APM飛控已經成為開源飛控成熟的標杆，可支持多旋翼、固定翼、直升機和無人駕駛車等無人設備。針對多旋翼，APM飛控支持各種四、六、八軸產品，並且連接外置GPS感測器以後能夠增穩，並完成自主起降、自主航線飛行、回家、定高、定點等豐富的飛行模式。APM能夠連接外置的超聲波感測器和光流感測器，在室內實現定高和定點飛行。

PX4 & PIXHawk PX4是一個軟硬體開源項目（遵守BSD協議），目的在於為學術、愛好和工業團體提供一款低成本、高性能的高端自駕儀。由3D Robotics聯合APM小組與PX4小組於2014年推出的PIXHawk飛控是PX4飛控的升級版本，擁有PX4和APM兩套固件和相應的地面站軟體。該飛控是目前全世界飛控產品中硬體規格最高的產品，也是當前愛好者手中最炙手可熱的產品。

PIXHawk擁有168MHz的運算頻率，並突破性地採用了整合硬體浮點運算核心的Cortex-M4的單片機作為主控晶元，內置兩套陀螺和加速度計MEMS感測器，互為補充矯正，內置三軸磁場感測器並可以外接一個三軸磁場感測器，同時可外接一主一備兩個GPS感測器，在故障時自動切換。

二、開源飛控拉低技術門檻，縮短開發周期

中投顧問在《2016-2020年中國消費級無人機行業深度調研及投資前景預測報告》中提到，開源飛控系統在廣大飛控愛好者、機構的開發維護下，功能日漸強大，系統趨於完善。

而且，開源系統的開發維護都是基於Google Code、GitHub等開放式開發平台，開發者們為了保證遠程協作的順利進行，通常會維護一個詳盡具體的說明文檔，這也是開源飛控系統一個突出的特點，即整套飛控系統的開發說明文檔十分詳細，入門教程豐富，非常適合新手學習、了解，或者基於現有飛控系統做二次開發。

PX4、APM等開源飛控憑藉完善強大的功能以及相關技術支持，為無人機產品線的開發鋪平了道路。大量實踐表明：一名電子或者自動化相關專業的碩士研究生甚至本科生髮燒友，或者相關專業從業人員，都可以按照相關手冊、教程在較短的時間內開發出一台功能齊備的無人機樣機，這也是隨後出現的井噴現象的一個技術基礎