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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

近些年来，随着科学技术的发展，我们的生活也受到各种科技的影响，手机，摄像机的发展给我们带来巨大便利。但是它们还是有一定的局限性，比如，在军训的回报成果中，在一年一度的校运动会中，我们都无法全方位的通过仅有的手机，摄像机，来全程捕捉我们需要的细节，因此，我们需要借助一种工具，来帮助我们捕捉这些画面和信息，传达给我们自身，比如能够高空作业的四旋翼飞行器，现在的四旋翼飞行器发展还处于初步阶段，能够执行的指令和运动模式还是有一定的局限性，因此，在这次的设计中，我讲重点关注四旋翼飞行器的功能设计和飞行模式设计，在新的算法之上，优化性能，实现更多功能性。四旋翼飞行器还能够长时间摄影，记录拍摄短片，从经费上来说，相对于借助直升机来拍摄，有很多的经济实用性，而且它体积小，能够穿梭各种狭窄的空间，飞行模式就需要随之改变。针对不同的环境，需要不同的飞行模式，科技实用性也很高，而且这是一个新兴的产业，还有很大的经济发展空间，是一个值得深入发掘的话题。

国内外研究现状

近年来，包括国内的国防科技大学在内，还有法国的知名大学，美国宾夕法尼亚法学，澳大利亚国立大学，斯坦福大学等世界著名大学与科学研究院对四旋翼飞行器的研究成果都颇为丰硕。

1.美国宾夕法尼亚大学的一个研究小组使用hmx-4商业模型作为开发平台，研制出自己的四旋翼飞行器。该飞行器的飞行控制系统是基于视觉反馈，由板载计算机和地面计算处理传感器和摄像机传送的数据来实现的。该研究小组在论文中提出了两种控制方法，：一种是基于模型的反馈线性化方法，另一种是后退法。

2.瑞士洛桑联邦理工学院的一个团队在2003年开始研究四旋翼飞行器的角度与飞行高度控制，并称这种微小型四旋翼飞行器为os4，在随后的动力学仿真中，先后使用了pid与lo两种控制方法，通过试验得出，仙队来说，经典的pid控制比lq控制性能更好。

2. 研究的基本内容

本次论文主要研究的对象是四旋翼飞行器，首先我们通过查找相关资料，针对一种特定型号的飞行器。了解四旋翼飞行器的构造：选用遥控部件，机壳部件，图像模块，摄像头，动力模块，飞行控制模块，gps模块，电调器，处理器模块等等。在熟悉了解构造的基础之上，查阅国内外文献，收集有关资料，查找掌握四旋翼飞行器的飞行原理。自行组装四旋翼飞行器，发现并改善组装中出现的问题，以保证能够实现飞行的基础功能比如升空，前后位移，返回等。

研究的具体侧重点在于在原有处理器上实现基础算法，观察飞行姿态，尝试改进算法，观察新的飞行姿态。在实现飞行的基础功能上安装摄像头和图像模块以达到捕捉图像的目的。针对不同的飞行环境，设计不同的飞行模式，在编程算法的基础之上，通过仿生软件写入代码。比如，低空飞行，需要设计注意的飞行速度，飞行模式，以及最长飞行距离，即水平遥控距离。再比如在恶劣天气条件下飞行模式，需要提供充足的动力提供，以及危险预警系统。

此外，设计的内容还可以扩展到声音设备的搭载，包括播放外置设备声音，或者录入飞行场景的声音，因此，也可以针对飞行器的飞行噪声进行降噪处理，包括优化飞行模式，螺旋桨的选材，马达的转速等等，都可以针对不同的情况，进行及时的调整。或者通过非遥控器，比如手机蓝牙进行远程操控，提高水平垂直飞行高度等等，都是可研究的目标。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

1.2019年1月4日至31日，查找以及确定研究的四旋翼飞行器的型号，研究资料，购买相关的器材，选择相对应的实验搭载平台，安装相关仿生软件。达到熟悉飞行器的飞行原理，以及具体构造的目标。

2.2019年2月1日至2月15日，尝试实际组装焊接四旋翼飞行器，并且不改变原有的算法，进行飞行试验，了解该飞行器实际飞行极限，飞行距离，续航能力，以及其他的相关功能。达到自行组装并且能够实际飞行的效果，才能进行下一步的实验。

3.2019年2月16日至3月15日。耗时一个月，在该飞行器原有的基础上，研究新的算法，实现飞行模式的改变，比如蔡不同环境中的马达的转速，飞行高度，飞行距离等等，针对不同环境，比如在开阔地，在山地，在林地都进行实地的飞行试验。达到预期的算法优化，功能优化的结果，甚至可以优化飞行器的自身部件，选择更加经济适用的部件，然后添加新的功能，包括图像信号的传输，远程的控制，声源设备的设计和搭载，也可以优化外观等等，以实现最终独立自主研究四旋翼飞行器的目的和效果。

4. 参考文献

1.陈听雨四旋翼飞行器建模、仿真与PID控制Electronics World2018年21期ISSN：1003-05222.杜永兴油动四旋翼无人机的姿态控制研究Electronics Optics ControlISSN：1671-637X3.刘丽 四轴旋翼飞行器系统的设计 Electronics World2018年22期ISSN：1003-05224.宋洪达四旋翼飞行器的发展与应用 科技风2018年01期 ISSN：1671-73415.、Mauricio Alejandro Lotufo UAV quadrotor attitude control: An ADRC-EMC combined approachElsevier Ltd 20196.Alberto CastilloDisturbance observer-based quadrotor attitude tracking control for aggressive maneuvers2019-01-12 Elsevierjournal7.杨智涵四旋翼飞行器的研究综述Academic discussion