“毅力号”火星车搭载的无人机“机智号”即将开始首飞，在火星没有GPS导航的情况下怎么进行正常飞行？ 第1页

很多飞手（无人机操控员？）都知道，无人机有一个致命的弱点，那就是对GPS的严重依赖。在GPS信号弱的地方，无人机就像个盲人一样，仅凭基于陀螺仪的惯性导航系统，无人机无法获得足够精确的自身坐标数据，也无法准确识别周围环境，软件写的不好就直接摔机了。

但是资深的飞手知道，除了GPS，还有一种失控飞回的大法，就是“光流定位”。简单的说就是，在无人机腹部安装一个照向地面的摄像头，通过检测判断影像中静止地面像素点相对于飞行器的移动速度，得到飞行器相对于地面的移动速度和方向，从而得到一个相对起飞坐标原点的实时定位。这是Gibson在1950年首先提出来的，NASA发射勇气号时还临时拿这个来救场，拯救了机遇号和勇气号项目(这就是另外一个故事了，以后有人提问再回答吧)。

除了光流定位，还有雷达定位，道理差不多，只不过是用无人驾驶汽车的那个LIDAR激光雷达技术来测绘地图，最早是由MIT和兰利的工程师研发出来的，现在用于森林等无GPS信号地带的搜救工作。负责搜救的无人机上的LIDAR映射系统可以通过激光束2D扫描其周围的树木等障碍物，并通过树之间的角度和距离来识别树丛。具有精度高、动态响应快、可以应用于复杂环境的特点。

机智号

在火星上以受控方式飞行远比在地球上困难得多。由于地球与火星「通讯时差」的关系，“机智号”这架4磅重的无人机将不得不在没有地球人类操控导航的情况下独自完成飞行任务。换句话说，它是自主飞行到65米高度，然后自主转弯和降落的，因为来自NASA/JPL指挥中心的无线电信号需要15分27秒，才能穿越2.784亿公里到达火星。而每次飞行计划时长总共才40秒，也就是说，如果万一真的起飞后坠机时，地球人要等15分钟才会刚刚知道它顺利起飞的信息。

因为火星上没有GNSS（比如GPS，或者应该叫APS？），所以只能在毅力号火星车的帮助下，靠直升机自己完成进行通信和辅助定位的工作了。

机智号上装有惯性测量单元（IMU，有可能这次不启用）、倾斜传感器和激光高度计，还有一个朝向地面的黑白相机和一个朝向地平线方向的彩色相机，可以实时感知无人机的三轴姿态角(或角速率)、加速度、高度等信息，在制导、导航和控制系统的算法加持下，通过调整其旋翼桨叶的螺距和飞行姿态，来完成相对毅力号的定位飞行。为了保险起见，机智号不会做特别复杂的飞行动作，而是规规矩矩的在空中椭圆区内飞一圈。下面的白线区域内就实际会飞的区域。这一区域的地型非常平整，几乎没有什么地型起伏。