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关于INAV 地面站的导航功能

2025/5/22大约 7 分钟

INAV地面站 的导航系统主要用于协助飞行员执行高级飞行功能，如 定高、 定点悬停、 自动返航（RTH）以及航点飞行 等任务。这一系统结合了 GPS、气压计、陀螺仪和其他传感器的输入，为固定翼、多旋翼、VTOL 等飞行器提供了稳定、可靠的导航控制能力。

一、NAV ALTHOLD 模式（Altitude Hold）

在 INAV 中， Altitude Hold（定高）模式 允许飞行器自动保持当前高度，并通过飞行员的油门操作控制垂直速度（上升/下降速率）。

1.1 工作原理

  • 高度来源：系统会自动选择最佳高度传感器，包括：

    • 气压计（Barometer）
    • GPS
    • 测距仪（Rangefinder）

  • 油门杆控制逻辑：

    • 油门推上 → 飞行器上升
    • 油门拉下 → 飞行器下降
    • 油门居中 → 飞行器维持当前高度

1.2 CLI 参数说明

  • nav_use_midthr_for_althold： 定义“油门中位”高度参考点行为

    • 0：启用 ALTHOLD 时记录当前油门位置作为中位（推荐设置，飞行更自然）
    • 1：强制将 50% 油门设为中位

1.3 相关 PID 参数

Altitude Hold 模式下的性能由以下两组 PID 控制：

  • ALT PID（高度环）： 将“目标高度”与“当前高度”的误差转化为期望的垂直速度

    • P：调节高度误差→速度响应
    • I：调节速度误差→加速度响应

  • VEL PID（速度环）： 根据垂直加速度误差调整油门输出来实现精细控制

二、NAV POSHOLD 模式 （position hold）

Position Hold 模式 是 INAV 提供的一种高级导航功能，主要用于多旋翼飞行器的自动悬停，可在 GPS 坐标点保持当前位置，并自动维持航向。

所需传感器

  • 必需： GPS：用于获取并保持地理坐标位置 ，加速度计（Accelerometer）， 指南针/磁力计（Compass）
  • 对于多旋翼： 气压计（Barometer）是必须的，除非启用了 use_gps_no_baro 选项

注意：启用 POSHOLD 或 RTH 模式前，指南针必须完成校准，否则飞行模式将被锁定。

模式行为

  • 启动 POSHOLD 后，飞控将试图保持飞行器在当前 GPS 坐标处静止悬停。
  • 从 INAV 2.0 起，POSHOLD 是完整的 3D 定点悬停，包含垂直方向的高度保持。
  • 启动后会自动启用定向保持（Heading Hold），无需手动干预。

2.1 CLI 参数控制

nav_user_control_mode： 控制在 POSHOLD 模式下摇杆操作的响应方式

  • 0（GPS_ATTI 模式）：

    • 右摇杆控制飞行姿态（倾斜角度）
    • 松开摇杆后，新的位置会被记录并悬停

  • 1（GPS_CRUISE 模式）：

    • 右摇杆控制速度（非姿态）
    • 飞控根据速度自动计算姿态以保持平滑控制

2.2相关 PID 参数

  • POS PID（位置环）： 将位置误差转化为期望速度，仅使用 P 项
  • POSR PID（速度环）： 将速度误差转化为期望加速度，实现更平稳控制

三、NAV RTH 返航模式

RTH 模式中的“Home”点是 飞行器首次解锁（ARM）的位置。但该位置可以通过以下方式进行 偏移 或 替代：

  • CLI 参数： nav_rth_home_offset_distance、nav_rth_home_offset_direction
  • 使用 SafeHome 功能进行动态覆盖

传感器要求

要正确执行 RTH，需要以下传感器支持：加速度计、GPS、指南针

  • 对于多旋翼（Multirotor）还必须有 气压计（Barometer），否则无法维持定高飞行

模式行为

  • 启动 RTH 后，飞控将导航飞行器返回 Home 点
  • 返航过程中会维持特定高度
  • 到达 Home 点后： 多旋翼将自动降落 固定翼可设置为自动盘旋（Loiter）或尝试自动降落，依据具体配置

高度控制逻辑（6种模式）

由 CLI 参数 nav_rth_alt_mode 和 nav_rth_altitude 决定：

模式名称行为说明
0NAV_RTH_NO_ALT全程保持当前高度（忽略 nav_rth_altitude）
1NAV_RTH_EXTRA_ALT在当前位置爬升一定高度后返航，高度 = 当前高度 + nav_rth_altitude
2NAV_RTH_CONST_ALT爬升/下降至固定高度后返航，目标高度 = nav_rth_altitude（相对 Home 点）
3NAV_RTH_MAX_ALT返回前爬升至飞行中记录的最大高度（忽略 nav_rth_altitude）
4NAV_RTH_AT_LEAST_ALT与模式 2 相似，但只允许上升，不允许下降
5NAV_RTH_AT_LEAST_ALT_LINEAR_DESCENT与模式 4 相同，但若高于返航高度，则会在返航途中逐步下降至目标高度，以节省能耗并实现平稳接近 Home 点

四、NAV WP - 航点模式

NAV WP 模式允许飞行器根据飞控中预设的航点自动执行一系列航线任务，包括定点悬停、返航、降落等操作，适用于固定翼、多旋翼等平台的任务型飞行。

4.1  CLI 命令简介

命令功能
wp列出当前飞控中加载的所有航点
wp load从 EEPROM 中加载航点数据至飞控
wp <n> <action> <lat> <lon> <alt> <p1> <p2> <p3> <flag>配置第 n 个航点的各项参数
wp save将当前航点列表保存到 EEPROM（同时保存当前所有 CLI 配置）
wp reset清除航点列表（将数量设为 0，但不删除航点定义）

wp <n> <action> <lat> <lon> <alt> <p1> <p2> <p3> <flag>参数含义

参数说明
<n>航点编号（0 起）
<action>航点行为（如下详解）
<lat>纬度（WGS84，单位为度，例如 12.3456789° → 输入 123456789）
<lon>经度（同上）
<alt>高度（单位为 cm）是否为相对高度由 <p3> 的 Bit 0 决定
<p1>具体含义依据 <action> 类型，如悬停时间、速度、跳转索引等
<p2>辅助参数，视动作类型而定（如跳转次数、飞行速度）
<p3>Bit 位定义，控制高度基准、用户自定义行为等（下方详解）
<flag>最后一个航点需设置为 165（0xA5）表示结束符

&lt;action&gt;类型定义（INAV 2.6 起）

数值动作类型说明
0UNUSED未使用
1WAYPOINT普通导航点
3POSHOLD_TIME悬停指定时间（多旋翼）
4RTH返航
5SET_POI设置兴趣点
6JUMP跳转到指定航点（支持循环）
7SET_HEAD设置航向角度
8LAND降落

&lt;p3&gt;Bit 位字段说明

Bit含义
Bit 0高度基准：0 = 相对高度（相对于起飞点），1 = 绝对高度（AMSL）
Bit 1-4用户自定义航点行为（保留位，用于逻辑条件触发）
Bit 5-15保留，暂未使用

五、INAV 多任务航线（Multi-missions）功能说明

INAV 支持 最多 9 条独立任务航线（Multi-mission） 同时存储在飞控中。用户可以通过 CLI 命令输入各个任务，最终通过 wp save 命令一次性保存为一个多任务集合。

配置步骤如下：

  1. 每条任务必须以航点编号 0 开始。
  2. 可将每条任务作为一个独立的区块输入 CLI，顺序输入即可，不需要逐条保存。
  3. 在所有任务输入完毕后，执行命令： wp save 所有任务将合并保存至飞控中。

示例（三条任务）：

任务一（3个航点）

wp 0 1 545722109 -32869291 5000 0 0 0 0
wp 1 1 545708178 -32642698 5000 0 0 0 0
wp 2 1 545698227 -32385206 5000 0 0 0 165

任务二（6个航点）

wp 0 1 545599696 -32958555 5000 0 0 0 0
wp 1 1 545537978 -32958555 5000 0 0 0 0
wp 2 1 545547933 -32864141 5000 0 0 0 0
wp 3 1 545597705 -32695913 5000 0 0 0 0
wp 4 1 545552910 -32598066 5000 0 0 0 0
wp 5 6 0 0 0 0 0 0 165   # 跳转动作（JUMP），指向任务逻辑中的另一航点

任务三（1个航点）

wp 0 1 545714148 -32501936 5000 0 0 0 165

保存命令

wp save

————本文引用至INAV官网: https://github.com/iNavFlight/inav/blob/master/docs/Navigation.md

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