1.2研究背景

 现代常见飞行器通常被划分为固定翼、直升机和多旋翼（四旋翼最为主流）。在2009年之前，固定翼飞机和直升机无论在航空拍摄还是航模运动领域，基本上占有绝大部分的市场份额，是航拍领域的绝对霸主。但是，在之后的几年中，因优良的操控性能和便宜的价格，多旋翼无人飞行器迅速脱颖而出成为航拍和航模运动领域的新星，但当时可操作性一般仍需要专业人士操作，普通人还无法掌握操作技巧。

 在2012年初，中国大疆公司推出了小精灵四旋翼无人机，使用了一体化机身的设计，优化了控制系统性能大大提升。该产品很大程度上改变了航拍市场的格局，占领了广大的市场份额，成为当今国内最热销的航拍产品。在之后的几年间，围绕着多旋翼飞行器研讨会、相关创新、技术、产品、应用和投资等活动层出不穷。目前，多旋翼飞行器行业已经成为微小型无人机或航模的主导。例如在去年闭幕的中国国际航模博览会和农业展览会上，我们随处可见多旋翼飞行器的身影。随着新产品的推出、各种相关配套技术的不断进步、全国各大高校开设选修课程、高校专业人才的不断加入，以及国家加大资金投入等因素，多旋翼无人飞行器迅速发展，如雨后春笋般遍地开花。

对于目前的多旋翼产品，按控制方式分为半自动控制模式和全自动控制模式。半自动控制模式是指多旋翼飞行器上搭载的水平仪、陀螺罗盘的控制算法能够保持飞行器的飞行姿态稳定，但飞行器还是需要通过地面人员遥控操纵。在这种半自动控制模式下，多旋翼飞行器属于航空模型以娱乐性为主。全自动控制模式是指飞行器搭载的控制系统能够完成从预定起点到终点位置的自动控制以及自动起降等。在自动控制模式下，多旋翼属于无人机，控制人员只做简单规划。作为无人机，多旋翼飞行器可以在无人驾驶的条件下完成复杂空中飞行任务和搭载各种负载执行任务，可以被看作是在空中工作的机器人。

1.2.1多旋翼无人飞行器优点

首先, 我们以目前世界上的固定翼、直升机和多旋翼为参照进行全方位比较，来切实体现多旋翼无人飞行器所具有的一些独特优点：

第一，在操控性方面，多旋翼的操作是最简单的，要求的后勤保障也是最低的。不需要拥有机场就可以完成起飞，起飞要求条件很低，起飞后可根据指令在空中机动。它的操作简单易于上手，遥控器上四个操作按钮分别对应飞行器的前后、左右、上下和偏航方向的运动。在飞行自动控制系统方面，多旋翼飞行控制方法简单，飞行参数设定也很简单，相比较而言固定翼和直升机的驾驶方法很难在短时间内掌握。固定翼飞机对机场以及空勤人员的保障能力要求很高，起飞时天气状况要适宜，而直升机在飞行过程中机翼之间会产生反向作用力，飞行控制系统复杂，通过反馈控制修正误差也很困难，事故率很高安全性差。

第二，在牢固性方面，多旋翼飞行器的牢固性是最好的。首先考虑机械元件方面的牢固性，多旋翼飞行器上没有活动元件，整个机体采用一体化设计，它的牢固性基本上取决于搭载的电动机的牢固性性，其次航电的牢固性方面多旋翼飞行器上没有复杂的航电系统与设备一般只搭载传感器芯片一类设备易于维修，因此牢固性较好，使用过程中不易出现故障。相比较而言，固定翼和直升机有大量通过机械连接的零件，在使用过程中会相互摩擦造成磨损，导致牢固性下降，不利于维护和保养。而且多旋翼能够实现“空中停车”，飞行范围可控性良好，相对固定翼和直升机更加安全。