079、自动降落控制算法

飞控算法从入门到精通 | 079、自动降落控制算法

从一次炸机说起

去年夏天，我在郊外测试一架四轴飞行器的自动返航降落功能。GPS信号良好，气压计校准完毕，一切看起来都很完美。飞机在50米高度开始自动下降，前30米一切正常，到了离地10米左右，垂直速度突然开始震荡，高度数据像抽风一样跳变，最终在离地3米时一个猛子扎进了草丛——螺旋桨碎了两根，机臂裂了一道缝。

事后分析日志，发现气压计在低空受到旋翼下洗气流干扰，数据波动剧烈，而超声波传感器在草地上的反射信号又不稳定。更致命的是，降落控制算法在高度估计出现偏差时，没有及时切换到更可靠的传感器源，也没有对下降速率做限幅保护。

那次炸机让我意识到，自动降落不是简单的“高度到零就收油门”，而是一个需要融合多传感器、处理各种边界情况的系统工程。今天这篇笔记，就聊聊我踩过的坑和总结的经验。

降落控制的核心矛盾

自动降落面临的最大挑战，是高度测量精度与响应速度的权衡。高空时GPS和气压计够用，但低空必须依赖超声波、激光雷达或视觉传感器。不同传感器的更新率、噪声特性和有效范围差异巨大，切换不好就会导致控制震荡。

另一个矛盾是下降速率与安全性的平衡。降得太快，触地冲击大；降得太慢，受风影响时间长，容易飘移。更麻烦的是，地面效应在离地1-2米时会显著改变升力特性，同样的油门量会产生更大的推力，如果不做补偿，飞机会“飘”起来然后突然掉下去。

传感器融合的实战方案

我目前采用的方案是