2. 飞行模式全景与分类

飞控状态机的核心任务之一，就是把飞行员或任务系统的意图，翻译成一组明确的飞行模式，并保证模式之间的切换安全、可预期。理解飞行模式，不能只记名字，而要抓住三个维度：控制目标（飞控到底在稳定什么）、依赖条件（需要哪些传感器和外部数据）、切换约束（什么情况下能进、什么情况下必须退出）。本节按“从手动到全自动”的自主度梯度，梳理常见飞行模式的功能定义、适用场景与切换约束。

一、按自主度分层理解飞行模式

飞行模式可以看作一条从“人控为主”到“机控为主”的连续谱。自主度越高，飞控承担的控制回路越多，对传感器与定位数据的依赖也越强，失效时的风险传导路径也越长。

• 手动模式（Manual / Acro）：遥控杆量直接映射到舵面或电机转速，飞控不做姿态稳定，只做最基础的混控。适用于调试、特技飞行、传感器故障后的应急操控。约束：需要飞行员持续修正，无自稳能力。
• 增稳模式（Stabilize / Angle）：飞控内环稳定角速度，外环把杆量映射为目标姿态角。松杆自动回平。适用于视距内常规飞行、新手训练。约束：依赖IMU，姿态估计异常时增稳会发散。
• 定高模式（AltHold）：在增稳基础上，用气压计/激光测距闭环控制高度，油门杆变为升降速率指令。适用于航拍悬停、低空作业。约束：依赖气压计，强气流或地效区高度会漂移。
• 定点模式（Loiter / PosHold）：在定高基础上，用GNSS或光流+视觉闭环控制水平位置，松杆悬停。适用于精细航拍、巡检悬停。约束：依赖定位质量，GNSS失锁或多路径严重时会漂移。
• 返航模式（RTL）：自动爬升到安全高度，飞回Home点上方，再自动下降着陆或悬停。适用于失联、低电量、手动触发返航。约束：必须有有效Home点和定位，返航高度需高于航路障碍。
• 自动航线模式（Auto / Mission）：按预装航点序列飞行，支持航点动作（拍照、投掷、悬停）。适用于测绘、植保、巡检。约束：依赖航线文件与定位，任务中可暂停/继续。
• 降落模式（Land）：垂直下降并检测触地，自动上锁。适用于任务结束、返航末端。约束：下降过程中定位丢失仍可继续，但水平漂移风险上升。

二、模式切换的约束逻辑

模式切换不是简单的“按键即生效”，飞控状态机在切换前会做一系列前置条件检查。以从定点切到返航为例，典型检查包括：定位是否有效、Home点是否已记录、电池电压是否高于返航阈值、当前高度是否低于返航高度。任一条件不满足，切换请求会被拒绝或降级处理。

切换约束通常分三类：硬约束（不满足则禁止进入，如无定位禁止进入定点）、软约束（可进入但会告警，如低电量进入返航）、退出约束（满足则强制退出，如定位丢失自动从定点降级到定高）。理解这三类约束，是排查“为什么切不过去”或“为什么自己跳模式”的关键。

三、模式全景关系图

下图把常见飞行模式按自主度分层，并标出典型切换方向与依赖条件。实线表示常规切换，虚线表示失效保护触发的强制切换。

四、切换约束的工程实现要点

在飞控代码中，模式切换通常由一个状态机管理器统一裁决。每个模式实现两个接口：can_enter() 返回是否允许进入，must_exit() 返回是否必须退出。状态机在每个控制周期轮询所有请求，按优先级选出当前模式。

// 伪代码：模式切换裁决逻辑
ModeRequest req = get_pilot_request();   // 飞行员请求
ModeRequest failsafe = check_failsafe(); // 失效保护检查

if (failsafe.active) {
    current_mode = failsafe.mode;        // 强制切换，忽略请求
} else if (req.mode != current_mode) {
    if (req.mode.can_enter()) {
        current_mode = req.mode;         // 允许切换
    } else {
        reject(req);                     // 拒绝并告警
    }
}

// 每个周期检查退出条件
if (current_mode.must_exit()) {
    current_mode = current_mode.fallback(); // 降级到安全模式
}

以定点模式为例，can_enter() 检查定位质量（HDOP、卫星数、光流置信度），must_exit() 在定位丢失超过阈值时返回真，降级到定高模式。返航模式的 can_enter() 额外检查Home点有效性和返航高度设置，must_exit() 在到达Home点上方后触发降落。

五、模式选择速查表

掌握这张全景图后，面对任何一款飞控，都可以用同样的框架去拆解它的模式体系：先看自主度分层，再看每层的依赖条件，最后看切换约束和失效降级路径。这样在配置参数、排查异常、设计任务时，就能快速定位问题出在哪一层。