一、多旋翼飞行器性能优良，多样化
因为多旋翼飞行器的构型非常多，有对称的三轴，四轴，六轴，八轴。也有酷酷的非对称构型。我想很少有哪一类飞行器能够像多旋翼飞行器这样拥有花样繁多的构型。构型越多代表着其动力学特性也各具特色。所以三轴，四轴的机动性很好，能够做出3D特技，是航模玩家的最爱。而六轴，八轴飞行器则稳定性更好，是航空摄影摄像的良好平台。还有其他的特殊构型也深受极客们的喜爱。

那么为什么多旋翼飞行器的构型会具有如此大的灵活性呢？在我看来，应该有以下两点原因：
(1)动力源多点分布
动力装置采用了无刷电机，电机直接连接桨叶，只要保证几个动力源提供的合力能够抵消重力，并能够通过改变每个动力的大小从而改变合力方向就可以进行机动了。这样将升力来源变为离散的几个点，相比于固定翼飞行器和直升机，升力来源多样化，而且升力源同时也是作动器，完全打破了固定翼飞机和直升机常规的框架。

(2)动力装置简单可靠
问题核心还是动力装置——无刷电机和桨叶。直升机的最大特色就是采用主旋翼，其为直升机的升力和推动力的源泉，通过改变主旋翼桨叶的迎角和挥舞运动来实现升力大小和方向的变化。任何事物都是有利必有弊的，直升机只用的一个主旋翼就把升力和推进力两项任务都完成了，那么就造成了其复杂的特性，进而使旋翼系统（桨叶，桨毂，自动倾斜器等）的加工成为直升机的一大难题。另外，直升机都是采用航空发动机，只有一些很小的航模直升机采用电动，航空发动机和主旋翼，尾桨需要传动系统，这样又增加了飞行器的结构复杂性。

反观多旋翼飞行器，电池+无刷电机+刚性桨叶+电调+导线，这就是动力系统的全部内容，结构上大为简化，结构上的限制小了，自然能做出不同的构型。
无刷电机相对与发动机要简单的多，而且更容易进行速度控制。多旋翼飞行器的桨叶是小尺寸的刚性桨，相对于旋翼也简单很多。最为重要的是多旋翼飞行器通过改变无刷电机转速实现升力和作动力，而不像直升机采用恒定转速改变桨叶迎角和变距的方式。显然多旋翼的操纵方法更为简单。

二、技术难点已经被突破
既然那么简单，那么为什么多旋翼飞行器以前没有发展起来？还是那句话，任何事物有利就有弊，多旋翼飞行器动力源的多点分布的特点是它的特色，也使其稳定性和操纵性变差，没有飞行控制器很难把多轴飞好。正是对飞行控制器的依赖造成了多轴飞行器停留在实验室，不能走向市场。
记得第一次注意到多旋翼飞行器，是在电影《三傻宝大闹宝莱坞》，一个大学生因为四旋翼飞不起来而自杀了，现在回头看一遍，那位同学有点冤，因为多旋翼飞行器已经变成了成熟的技术，不再是极为困难的事情。
随着微型传感器（加速度计，电子陀螺，磁航向计等）和嵌入式处理器技术的快速发展，硬件成本的下降和性能的提升，使多轴飞行器技术到了突破点，尤其是以multiwii、APM、PIX4，这些开源飞控项目的活跃，极大推进了技术的发展。到2012年左右，国际上普遍认为四轴飞行器的控制已经不再是学术研究问题，而是成熟的技术。学术研究的方向也转向了基于四轴飞行器做智能导航或者多飞行器的编队控制。当多轴飞行器在高校实验室折腾了这么久终于有了走向的市场的机会。

三、创新性产品培育市场
在iPhone问世之前很少会有人意识到智能手机的市场会有多大，记得我那时还在用着诺基亚的小屏手机，还坚定的认为打电话，发短信就是手机的全部。然而苹果手机重新定义了手机，也培育了智能手机市场。同样让我开始意识到多旋翼飞行器的市场正式形成的创新性产品是大疆创新的 phantom 这个白色的小四轴。

很多事物都有相似的发展轨迹，大疆的四轴和iphone走红颇有几分相似之处。刚开始的时候也许没有人会把玩具一样同时又那么偏门的四轴飞行器放在眼里，大疆的产品不是赢在技术，而是对用户需求的引领和市场营销。iphone之所以成功，最为重要的就是极为人性化的操作系统ios,另外就是巧妙的市场营销路线。Phantom也有这样的特质，就是更用户提供实用又有趣的操作体验，另外他们主攻欧美市场，他们首先就是给一些名人赠送，通过名人的传播进行营销。就连大疆的产品主色调都是和苹果一样的白色。不知道大疆是否在刻意学习苹果公司。无论如何，通过创新性的产品，多轴飞行器的市场，准确的说是欧美市场被培育起来了，紧跟着就是国内众多厂商蜂起加入。多旋翼飞行器的应用范围也随之越来越广。

控制系统中，大致有以下几种地线：
（1）数字地：也叫逻辑地，是各种开关量（数字量）信号的零电位。
（2）模拟地：是各种模拟量信号的零电位。
（3）信号地：通常为传感器的地。
（4）交流地：交流供电电源的地线，这种地通常是产生噪声的地。
（5）直流地：直流供电电源的地。
（6）屏蔽地：也叫机壳地，为防止静电感应和磁场感应而设。

以上这些地线处理是系统设计、安装、调试中的一个重要问题。下面就接地问题提出一些看法：
（1）控制系统宜采用一点接地。一般情况下,高频电路应就近多点接地，低频电路应一点接地。在低频电路中，布线和元件间的电感并不是什么大问题，然而接地形成的环路的干扰影响很大，因此，常以一点作为接地点；但一点接地不适用于高频，因为高频时，地线上具有电感因而增加了地线阻抗，同时各地线之间又产生电感耦合。一般来说，频率在1MHz以下,可用一点接地；高于10MHz时，采用多点接地；在1～10MHz之间可用一点接地，也可用多点接地。
（2）交流地与信号地不能共用。由于在一段电源地线的两点间会有数mV甚至几V电压，对低电平信号电路来说，这是一个非常重要的干扰，因此必须加以隔离和防止。
（3）浮地与接地的比较。全机浮空即系统各个部分与大地浮置起来，这种方法简单，但整个系统与大地绝缘电阻不能小于50MΩ。这种方法具有一定的抗干扰能力，但一旦绝缘下降就会带来干扰。还有一种方法，就是将机壳接地，其余部分浮空。这种方法抗干扰能力强，安全可靠，但实现起来比较复杂。
（4）模拟地。模拟地的接法十分重要。为了提高抗共模干扰能力，对于模拟信号可采用屏蔽浮技术。对于具体模拟量信号的接地处理要严格按照操作手册上的要求设计。

（5）屏蔽地。在控制系统中为了减少信号中电容耦合噪声、准确检测和控制，对信号采用屏蔽措施是十分必要的。根据屏蔽目的不同，屏蔽地的接法也不一样。电场屏蔽解决分布电容问题，一般接大地；电磁场屏蔽主要避免雷达、电台等高频电磁场辐射干扰。利用低阻金属材料高导流而制成，可接大地。磁场屏蔽用以防磁铁、电机、变压器、线圈等磁感应，其屏蔽方法是用高导磁材料使磁路闭合，一般接大地为好。当信号电路是一点接地时，低频电缆的屏蔽层也应一点接地。如果电缆的屏蔽层地点有一个以上时，将产生噪声电流，形成噪声干扰源。当一个电路有一个不接地的信号源与系统中接地的放大器相连时，输入端的屏蔽应接至放大器的公共端；相反，当接地的信号源与系统中不接地的放大器相连时，放大器的输入端也应接到信号源的公共端。

对于电气系统的接地，要按接地的要求和目的分类，不能将不同类接地简单地、任意地连接在一起，而是要分成若干独立的接地子系统，每个子系统都有其共同的接地点或接地干线，最后才连接在一起，实行总接地。

Q1：为什么要接地?
Answer：接地技术的引入最初是为了防止电力或电子等设备遭雷击而采取的保护性措施，目的是把雷电产生的雷击电流通过避雷针引入到大地，从而起到保护建筑物的作用。同时，接地也是保护人身安全的一种有效手段，当某种原因引起的相线（如电线绝缘不良，线路老化等）和设备外壳碰触时，设备的外壳就会有危险电压产生，由此生成的故障电流就会流经PE线到大地，从而起到保护作用。随着电子通信和其它数字领域的发展，在接地系统中只考虑防雷和安全已远远不能满足要求了。比如在通信系统中，大量设备之间信号的互连要求各设备都要有一个基准‘地’作为信号的参考地。而且随着电子设备的复杂化，信号频率越来越高，因此，在接地设计中，信号之间的互扰等电磁兼容问题必须给予特别关注，否则，接地不当就会严重影响系统运行的可靠性和稳定性。最近，高速信号的信号回流技术 中也引入了“地”的概念。

Q2：接地的定义

Answer:
在现代接地概念中、对于线路工程师来说，该术语的含义通常是‘线路电压的参考点’；对于系统设计师来说，它常常是机柜或机架；对电气工程师来说，它是绿色安全地线或接到大地的意思。一个比较通用的定义是“接地是电流返回其源的低阻抗通道”。注意要求是”低阻抗”和“通路”。

Q3：常见的接地符号

Answer:
PE,PGND,FG－保护地或机壳；BGND或DC-RETURN－直流－48V(+24V)电源（电池）回流；GND－工作地；DGND－数字地； AGND－模拟地；LGND－防雷保护地 GND在电路里常被定为电压参考基点。
从电气意义上说，GND分为电源地和信号地。PG是 Power Ground（电源地）的缩写。另一个是 Signal Ground（信号地）。实际上它们可能是连在一起的（不一定是混在一起哦！）。两个名称，主要是便于对电路进行分析。
进一步说，还有因电路形式不同而必须区分的两种“地”：数字地，模拟地。
数字地和模拟地都有信号地、电源地两种情况。数字地和模拟地之间，某些电路可以直接连接，有些电路要用电抗器连接，有些电路不可连接。

Q4：合适的接地方式 Answer:
接地有多种方式，有单点接地，多点接地以及混合类型的接地。而单点接地又分为串联单点接地和并联单点接地。一般来说，单点接地用于简单电路，不同功能模块之间接地区分，以及低频（f<1mhz）电子线路。当设计高频（f>10MHz）电路时就要采用多点接地了或者多层板（完整的地平面层）。 Q5：信号回流和跨分割的介绍
Answer：对于一个电子信号来说，它需要寻找一条最低阻抗的电流回流到地的途径，所以如何处理这个信号回流就变得非常的关键。
第一，根据公式可以知道，辐射强度是和回路面积成正比的，就是说回流需要走的路径越长，形成的环越大，它对外辐射的干扰也越大，所以，PCB布板的时候要尽可能减小电源回路和信号回路面积。
第二，对于一个高速信号来说，提供有好的信号回流可以保证它的信号质量，这是因为PCB上传输线的特性阻抗一般是以地层（或电源层）为参考来计算的，如果
高速线附近有连续的地平面，这样这条线的阻抗就能保持连续，如果有段线附近没有了地参考，这样阻抗就会发生变化，不连续的阻抗从而会影响到信号的完整性。
所以，布线的时候要把高速线分配到靠近地平面的层，或者高速线旁边并行走一两条地线，起到屏蔽和就近提供回流的功能。
第三，为什么说布线的时候尽量不要跨电源分割，这也是因为信号跨越了不同电源层后，它的回流途径就会很长了，容易受到干扰。当然，不是严格要求不能跨越电源分割，对于低速的信号是可以的，因为产生的干扰相比信号可以不予关心。对于高速信号就要认真检查，尽量不要跨越，可以通过调整电源部分的走线。（这是针对多层板多个电源供应情况说的）

Q6：为什么要将模拟地和数字地分开，如何分开?
Answer：模拟信号和数字信号都要回流到地，因为数字信号变化速度快，从而在数字地上引起的噪声就会很大，而模拟信号是需要一个干净的地参考工作的。如果模拟地和数字地混在一起，噪声就会影响到模拟信号。一般来说，模拟地和数字地要分开处理，然后通过细的走线连在一起，或者单点接在一起。总的思想是尽量阻隔数字地上的噪声窜到模拟地上。当然这也不是非常严格的要求模拟地和数字地必须分开，如果模拟部分附近的数字地还是很干净的话可以合在一起。 Q7：单板上的信号如何接地?
Answer：对于一般器件来说，就近接地是最好的，采用了拥有完整地平面的多层板设计后，对于一般信号的接地就非常容易了，基本原则是保证走线的连续性，减少过孔数量；靠近地平面或者电源平面，等等。 Q8：单板的接口器件如何接地?
Answer：有些单板会有对外的输入输出接口，比如串口连接器，网口RJ45连接器等等，如果对它们的接地设计得不好也会影响到正常工作，例如网口互连有误码，丢包等，并且会成为对外的电磁干扰源，把板内的噪声向外发送。一般来说会单独分割出一块独立的接口地，与信号地的连接采用细的走线连接，可以串上0欧姆或者小阻值的电阻。细的走线可以用来阻隔信号地上噪音过到接口地上来。同样的，对接口地和接口电源的滤波也要认真考虑。 Q9：带屏蔽层的电缆线的屏蔽层如何接地?
Answer：屏蔽电缆的屏蔽层都要接到单板的接口地上而不是信号地上，这是因为信号地上有各种的噪声，如果屏蔽层接到了信号地上，噪声电压会驱动共模电流沿屏蔽层向外干扰，所以设计不好的电缆线一般都是电磁干扰的最大噪声输出源。当然前提是接口地也要非常的干净
混合电路里面做标示用的,VCC表示模拟信号电源,GND表示模拟信号地,VDD表示数字信号电源,VSS表示数字电源地 。
VCC主要表示Bipolar电路的电源，C表示Collector集电极,电源一般接在NPN的集电极（或PNP的发射极），集成电路刚出现时只有NPN管，后来才有集成进去的PNP管。VDD/VSS一般表示MOS电路的电源和“地”，D/S分别表示MOS管的Drain(漏)/Source(源)。 一、解释 VCC：C=circuit 表示电路的意思, 即接入电路的电压；
VDD：D=device 表示器件的意思, 即器件内部的工作电压；
VSS：S=series 表示公共连接的意思，通常指电路公共接地端电压。

在例子中，HL20的传感器被划为两个模块：

1）IMU,GPS&Radar Altimeter

输入：模型输出量

输出：A)制导量
B）控制量

2）Airdata System

输入：模型输出量

输出：迎角、侧滑、动压

启示与改进

航空器常用以下传感器：

GPS:提供经纬度，海拔高度，地速，北东地速度

IMU：三轴角速率

gyro:俯仰角，滚转角

HMR:磁航向

Radio Altimeter:相对地面高度

ADC:指示空速，真空速，气压高度

民用大飞机一般还有测量迎角和侧滑角的传感器

比较上述航空飞行器与HL20的传感器可以发现，存在一定差异，可以将上述传感器重新划分为单独模块，最后将所有传感器量划分为制导量和控制量。

文件aeroblk_HL20.mdl为一个较为完整的例子，该例子展示了如何搭建一个完整的航天器的仿真模型。包括以下功能模块：

动力学模型计算
传感器模型
舵机模型
制导律解算
控制律解算
辅助的数据可视化功能
下面针对这些功能模块逐一进行分析和归纳。

（一）动力学模型
从HL20动力学模型的外部接口可以开出，输入为舵机输入量和推力。舵机输入量一共有6个量：副翼、升降舵、方向舵、襟翼（3个）；可以发现三维推力被设定为[0 0 0],这是应为该例子演示的是HL20无动力返回的过程，所以发动机始终处于关闭状态，推力始终为零。

打开动力学模型可以发现，有5个模块，分别是

1）气动系数计算模块

2）气动力和力矩计算模块

3）标准6自由度刚体模型

4）大气环境模型

5）涉及气流环境的模型输出量解算模块

从这个模块可以发现以下的小技巧：

a)模型的输入量和输出量很多，一般采用总线，减少连线，而且不容易出错。

b)动力学模型标准输出量为：首先是标准刚体输出：NED速度（3D），NED位置（3D），欧拉角(3D),姿态角变换阵DCM(3*3)，机体速度（欧美系，3D），角速度（3D）,欧拉角微分（3D）,加速度（3D）；其次是马赫数，迎角和侧滑角。

c)模型中涉及到许多参变量，应该尽量采用变量的形式，在初始化中加载变量的数值。这样方便修改和进行逻辑判断。

d)尽量细分子模块，明确子模块的输入和输出，保持独立性，杜绝耦合。

启示与改进：

1）HL20是航天器，其模型的输入和输出与航空器存在较大区别。主要体现在控制舵面和输出量。直升机的控制舵面为总距、横向周期变距、纵向周期变距、尾桨距、油门；常规构型的固定翼飞机的控制舵面为油门，副翼，升降舵和方向舵，部分飞机还有襟翼。可以发现这里涉及到一个问题，发动机模型是否应该放在动力学模型中？答案是否定，发动机模型的输出量作为动力学模型的输入量，两个模块相互区分开。固定翼和直升机的发动机存在很大区别，固定翼飞机发动机用于提供推力，可以直接用于加速和减速，而直升机发动机则用于提供稳定转速。与旋翼之间还存在一个复杂的传动机构，这里不再赘述。

由于航天一般采用惯性导航系统，不使用GPS，而航空器广泛使用GPS，因此对位置量采用何种表示形式值得仔细推敲。模型是否应该输出经纬度？6自由度刚体模型输出NED位置偏移量，这是相对于起始位置的，如果已知起始位置的经纬度，可以很简单直接的计算出实时经纬度。问题是这个工作应该由动力学模型还是传感器模型完成？我认为应该由动力学模型完成。

2）量纲的选择。一般来说在模型计算时采用国际标准量纲，在传感器模块中将角运动单位由弧度转换为度。

3）坐标系的选择。目前机体多选择欧美坐标系，大地系多采用NED(north-eat-down)坐标系。这里面有个问题就是垂向速度的正负问题，在GPS,大气数据计算机，无线电高度表这些传感器都是向上为正，这符合人的一般认知习惯。