4. 末端进近任务分析

末端进近是无人机视觉引导着陆中最“苛刻”的一段：目标从数十米外逐渐放大到充满视场，视觉特征从稳定纹理变为局部弱纹理甚至反光，同时飞行器还要在有限时间内完成减速、对准、下沉与触地判断。若把整个着陆过程当作一条连续轨迹，末端进近就是轨迹末端曲率最大、容错窗口最窄的区间。因此，任务分析必须先把“阶段”拆清楚，再把“精度、鲁棒性、动态约束、扰动”四类要求映射到每个阶段，才能设计出可验证的控制器与视觉策略。

一、进近阶段划分：从远距引导到触地判定

工程上通常把末端进近划分为四个可观测、可切换的阶段，每个阶段有明确的视觉特征、控制目标与切换条件。阶段划分不是人为切割，而是由“视觉可观测性”和“动力学可执行性”共同决定的。

• 远距引导段（约 30–10 m）：视觉目标为合作标志或跑道边缘，图像中目标尺寸小，主要任务是粗对准与航向修正，控制以位置外环为主，速度可较高。
• 中距收敛段（约 10–3 m）：目标在图像中占据可稳定跟踪的区域，视觉可提供相对位姿，控制进入位置—速度串级，开始主动减速并抑制横向偏差。
• 近距精调段（约 3–0.5 m）：目标快速放大，出现局部遮挡、反光或纹理退化，控制重点转为下沉率控制与水平微调，视觉需切换至局部特征或光流辅助。
• 触地判定段（约 0.5–0 m）：视觉几乎失效或仅剩近距标志，依靠高度、下沉率与接触信号完成触地判定与停机，控制进入末端保护逻辑。

二、精度与鲁棒性要求：两类指标不能混为一谈

精度回答“落点准不准”，鲁棒性回答“条件变差时还能不能落”。末端进近中，精度通常用水平落点误差、垂直下沉率误差、航向角误差来度量；鲁棒性则用视觉丢失率、重捕获时间、扰动下的轨迹偏差包络来度量。二者在控制设计上往往互相拉扯：过度追求精度会让控制器对噪声敏感，过度追求鲁棒性又会牺牲落点精度。

三、动态约束：执行器、时间与视场的三重限制

末端进近不是“想怎么飞就怎么飞”，而是被三类动态约束同时夹住。第一是执行器约束：电机推力响应有带宽上限，姿态角速度有限幅，过大的横向修正指令会导致姿态振荡。第二是时间约束：从进入近距段到触地通常只有数秒，控制器必须在有限时间内完成减速与对准，不能反复超调。第三是视场约束：相机视场角固定，目标越近越容易移出画面，因此水平偏差必须提前收敛，否则会触发视觉丢失。

四、风扰与地面效应：末端进近最现实的两类扰动

风扰在末端进近中表现为水平突风与垂直阵风。水平突风直接破坏对准，垂直阵风改变下沉率，使触地速度不可控。更麻烦的是，风扰在低空往往具有随机性和短时性，视觉估计的延迟会让控制器“追着旧误差跑”。地面效应则出现在离地约一个旋翼直径以内：旋翼下洗流受地面阻挡，产生附加升力与力矩扰动，表现为高度越低越“飘”，下沉率难以稳定。二者叠加，使最后 1 m 成为整个着陆过程中最危险的区间。

# 末端进近扰动观测与补偿的典型参数记录（示例）
phase: near_final
height_m: 1.2
sink_rate_mps: 0.42
wind_est_horiz_mps: 1.8
wind_est_vert_mps: 0.6
ground_effect_flag: true
visual_confidence: 0.71
control_mode: sink_rate_priority

五、案例与复盘：一次近距段的“飘移”事件

某次室外着陆试验中，无人机在中距段表现正常，进入近距精调段后出现持续右偏，操作员手动修正后反而触发姿态振荡，最终落点偏差约 0.8 m。复盘发现三个问题：一是视觉目标在 2 m 处出现局部反光，特征点数量骤降，位姿估计跳变；二是控制器仍沿用中距段增益，对跳变误差响应过猛；三是地面效应使实际下沉率低于估计值，高度环误判为“下沉不足”而继续加油门。改进措施包括：近距段切换至光流与近距标志融合、按高度调度控制增益、引入地面效应补偿项并限制末端油门变化率。

综上，末端进近任务分析的核心是把“阶段—指标—约束—扰动”四者对齐：阶段决定可观测性与控制目标，指标决定精度与鲁棒性的权衡，动态约束决定指令的可行边界，风扰与地面效应决定必须预留的补偿与保护余量。只有这四者同时被显式建模，后续的视觉算法与控制器设计才有明确的验证基准。