1. 课程导入

无人机精准降落，指的是飞行器在完成航线任务、返航或应急回收时，能够按照预期位置、姿态和速度稳定触地或进入回收装置的过程。这里的“精准”不只是水平误差小，还包括垂直速度可控、航向对齐、触地瞬间姿态稳定，以及在风扰、地效、视觉遮挡、定位漂移等条件下仍能保持可接受的安全边界。对于多旋翼、固定翼和复合翼平台，精准降落的评价指标通常包括水平落点误差、垂直触地速度、航向偏差、复飞次数和任务成功率。

在实际工程中，精准降落从来不是单一算法问题，而是感知、定位、控制、决策与执行机构共同作用的结果。GPS/RTK 提供绝对位置，视觉标记或激光测距提供末端相对位置，飞控负责轨迹跟踪与姿态稳定，任务计算机负责状态判断与重试决策。任何一个环节出现偏差，都可能导致落点偏移、触地弹跳、桨叶损伤，甚至碰撞障碍物。因此，本课程把“容错”与“重试”作为核心主线：容错让系统在异常发生时仍能保持安全并继续尝试，重试则是在有限时间内通过重新规划、重新对准或重新下降来提高最终成功率。

一、精准降落的定义与关键指标

从系统角度看，精准降落可以拆成四个阶段：接近段、对准段、下降段和触地段。接近段负责从返航点飞到降落区上方；对准段利用视觉、RTK 或 UWB 修正水平偏差；下降段控制垂直速度和姿态；触地段检测触地并切断动力。每个阶段都有不同的误差来源和容错策略。

评价精准降落时，不能只看“最后一次是否成功”。工程上更关注首次成功率、重试后成功率、平均重试次数和最坏情况下的安全边界。例如，某物流无人机要求水平误差小于 30 cm，触地垂直速度小于 0.5 m/s，若首次下降偏差超过 50 cm，则触发复飞重试，最多允许 3 次。这样的参数化设计，才能让容错与重试有明确依据。

二、容错与重试为什么重要

无人机降落阶段是飞行任务中风险最高的环节之一。与巡航相比，降落时高度低、速度慢、地面障碍复杂，且对定位和姿态的精度要求更高。风扰、地效、视觉标记污损、RTK 失锁、电池电压下降、通信延迟等都可能让原本稳定的下降轨迹发生偏移。如果没有容错机制，一次异常就可能直接导致硬着陆。

容错的核心思想是“异常可检测、状态可恢复、边界可控制”。系统需要实时判断当前状态是否可信，例如视觉标记是否连续可见、位置协方差是否超限、下降速度是否在安全包线内。一旦发现异常，系统应进入安全状态：悬停、爬升或复飞，而不是继续盲目下降。重试则是在安全状态基础上，重新尝试对准和下降。重试不是简单重复，而是带有策略的再执行：调整悬停高度、更换识别目标、改变下降速度或切换定位源。

三、课程整体框架与学习目标

本课程共 30 章，围绕“精准降落—容错—重试”三条主线展开。前半部分建立基础：降落动力学、定位与感知、误差来源、状态机设计；中段进入工程实现：视觉标记识别、RTK/视觉融合、下降轨迹规划、触地检测、重试策略与参数整定；后半部分聚焦实战：仿真验证、外场测试、故障注入、日志复盘和典型场景优化。每章都会给出可落地的参数、判断条件和代码片段，帮助你把概念转化为飞控与任务计算机中的实际逻辑。

四、典型场景与常见误区

以物流无人机在小区起降点降落为例：无人机返航后进入视觉对准，但地面标记被树叶部分遮挡，视觉位置出现跳变。若系统没有容错，飞控会跟随错误位置横向移动，导致落点偏移。若系统有容错，任务计算机会检测到标记置信度下降，触发悬停并切换至 RTK 或备用标记；若仍不满足精度，则复飞至 5 m 高度重新对准。这个过程可能重复 2 到 3 次，但最终成功率显著提高。

常见误区包括：把重试当成简单重复下降，不调整任何参数；只关注最终落点，忽略触地速度和姿态；在视觉丢失时继续下降；没有设置最大重试次数和超时保护；以及把仿真结果直接等同于外场结果。复盘时应重点查看每次重试前后的状态量，例如水平偏差、垂速、标记置信度、定位源和电池电压，判断失败是感知问题、控制问题还是决策问题。

# 典型重试判断伪代码
if horizontal_error > 0.5 or marker_confidence < 0.6:
    hover()
    retry_count += 1
    if retry_count <= 3:
        switch_to_backup_source()
        adjust_hover_height(5.0)
        restart_align()
    else:
        abort_landing()
        return_to_safe_altitude()