4. 无人船参数配置与安全设置

在 QGroundControl(以下简称 QGC)中完成航线规划之前,必须先让飞控“认识”这条船:它是什么类型的船体、失联后往哪里返航、哪些水域不能进入、出问题时如何自救。本节围绕船体类型选择、返航点设置、地理围栏配置、失控保护与低电量策略五个方面展开,这些参数直接决定无人船能否安全、可预期地执行任务。

一、船体类型选择:先告诉飞控“我在水面上”

QGC 的“机体设置”(Airframe)页面用于选择固件预设的机架类型。对无人船而言,应选择 Boat 或 Ground Rover(船体模式) 类预设,而不是多旋翼或固定翼。选择船体类型后,飞控会加载对应的默认参数组,例如关闭空中姿态相关的混控逻辑、启用差速或舵机转向输出、调整姿态控制增益。若误选多旋翼机架,常见现象是解锁后电机输出异常、转向通道无响应,甚至因姿态解算逻辑不匹配而触发保护。

实际操作中,在 Airframe 列表里选择与船体推进形式匹配的预设:双推进差速船选差速转向类,带舵机的单桨船选舵机转向类。选择后点击“应用并重启”,飞控重启完成即生效。若列表中没有完全匹配的预设,可先选最接近的船体类型,再到“参数”页面手动调整转向与油门通道映射。需要提醒的是,机架预设只提供起点,船体的转向反向、油门死区、最小转向量等仍需在后续参数中按实船校准。

二、返航点设置:失联后的“回家坐标”

返航点(Home)是无人船执行 Return 模式或失控保护返航时的目标位置。QGC 中返航点通常在连接飞控后由 GPS 首次定位自动记录,也可在“飞行视图”中右键地图手动设置。对水面任务,建议在每次下水前、船体静止且 GPS 已收敛(卫星数 ≥ 10、HDOP 较小)时,通过“设为返航点”显式记录岸边下水点,而不是依赖上电瞬间的漂移定位。

返航点相关的关键参数包括返航高度(对船体无实际意义,可忽略)、RTL_RADIUS(返航半径,船进入该半径即视为到达)以及返航速度。船体返航应重点关注 返航速度 与 到达判定半径:速度过快会在靠岸时难以控制,半径过小则可能反复调整。示例配置可设返航速度 1.5 m/s、到达半径 3 m,实际值需结合船体惯性与码头空间调整。若任务水域与下水点相距较远,还应确认返航路径上无障碍物,必要时改用“返航至集结点”而非直接返航。

三、地理围栏:把船“圈”在安全水域内

地理围栏(Geofence)用于限制无人船的活动范围,防止误入航道、养殖区、浅滩或禁航水域。QGC 在“计划视图”中提供围栏绘制工具,可绘制多边形禁入区或圆形限制区,并设置最大半径。围栏参数中,FENCE_ENABLE 开启围栏功能,FENCE_TYPE 选择围栏类型(高度、圆形、多边形等组合),FENCE_ACTION 决定触界后的动作:报告、悬停(对船为停船)或返航。

对无人船,推荐 FENCE_ACTION 设为返航或停船,并配合 FENCE_RADIUS 设置以返航点为圆心的最大活动半径。绘制多边形围栏时,顶点应留出至少 5~10 m 的安全余量,因为 GPS 定位存在米级误差,船体也有惯性滑行距离。围栏上传后,务必在“飞行视图”中确认围栏边界已正确显示,再解锁执行任务。

无人船安全参数配置关系图 返航点 Home 下水前静止记录 地理围栏半径 FENCE_RADIUS 船体 Boat 机架预设 失控保护 FS_ACTION 信号丢失 → 停船 / 返航 低电量策略 BATT_LOW_ACT → 返航 触发顺序建议:围栏触界 → 停船/返航;信号丢失 → 失控保护;电量低于阈值 → 提前返航。 三者共用同一返航点,返航速度与到达半径需统一校准,避免相互冲突。

四、失控保护:信号断了船怎么办

失控保护(Failsafe)处理的是遥控信号丢失、地面站失联、飞控内部错误等异常。QGC 的“参数”页面中,与船体最相关的是 FS_ACTION(失控动作)与 FS_TIMEOUT(触发延时)。对无人船,推荐将失控动作设为 返航(RTL) 或 停船(Hold):在开阔水域用返航更安全,在狭窄码头或围栏附近则停船更稳妥,避免返航途中撞岸。

配置时还需确认遥控接收机的失控保护已正确设置——接收机应在信号丢失时输出飞控可识别的失控值,否则飞控根本感知不到“失联”。实操中可做一次地面验证:解锁后关闭遥控器,观察 QGC 飞行视图是否在设定延时后进入返航或停船状态,并确认船体动作符合预期。这一步不能省略,因为参数写对但接收机未配置的情况非常常见。

五、低电量策略:留足返航的余量

无人船电量耗尽意味着失去动力,可能漂流失控。QGC 中通过 BATT_LOW_VOLT(低电量电压阈值)、BATT_CRT_VOLT(严重低电量阈值)以及对应的动作参数 BATT_LOW_ACT、BATT_CRT_ACT 来管理。建议将低电量动作设为返航,严重低电量动作设为停船或原地待援,形成两级缓冲。

阈值设定不能照搬默认值,应按电池化学体系计算。以 4S 锂聚合物电池为例,单节截止电压约 3.5 V,满载返航需预留约 20% 电量,则低电量阈值可设在 4×3.7 V ≈ 14.8 V 附近,严重阈值设在 4×3.5 V = 14.0 V 附近。这些是示例值,实际应结合船体功耗、返航距离和海流情况,通过一次短程试航记录电压下降曲线后再确定。配置完成后,建议在飞行视图的电池指示中确认阈值线位置合理。

船体类型、返航点、围栏、失控保护与低电量五项参数彼此关联:围栏和失控保护都可能触发返航,而返航能否完成又取决于电量余量。建议按“机架预设 → 返航点 → 围栏 → 失控保护 → 低电量”的顺序配置,最后统一做一次地面与近岸验证。
围栏半径、返航速度、电量阈值都依赖 GPS 精度与实船功耗。首次下水务必在近岸、低速、有人看护的条件下验证各项保护动作,确认无误后再执行远距离任务。