沉浸式远航固定翼无人机系统-Part 1
4G LTE 超视距无人机飞行控制与图传系统可行性分析报告
1. 项目概述与可行性结论
1.1 项目背景
目标是利用4G LTE网络替代传统的2.4GHz/900MHz无线电链路，实现固定翼航模的超视距（BVLOS）控制、遥测数据回传（数传）、实时视频传输（图传），以及六轴动感座舱的姿态反馈。
1.2 可行性结论
结论：方案可行，属于“高算力、高集成度”的终极进阶玩法。
当前方案版本： 全沉浸式 4G FPV 系统（双链路控制 + 头追 + 六轴动感反馈）。
核心逻辑：
天空端： 手机主板处理视频与网络，ESP32 桥接飞控与 4G 网络。
控制链路： 4G + 2.4G 双余度控制。
视觉链路： 头部追踪控制云台 + 低延迟 SRT 图传。
体感链路（新增）： 飞控解算高精度姿态 -> 4G 回传 -> 驱动地面六轴平台。
优势： 具备极高的沉浸感，不仅“看”得到，还能“感觉”到飞机的姿态变化。
2. 系统架构设计（方案 C：安卓主板版）
2.1 硬件连接拓扑图
2.2 核心数据流（三发一收）
上行控制流（Control）：
摇杆 + 头追数据 -> 地面ESP32 -> 云服务器 -> 机载ESP32 -> 飞控。
下行视频流（Video）：
摄像头 -> 手机APP -> 云服务器 -> 地面 PC 屏幕。
下行体感流（Motion Feedback - 新增）：
源头： 飞控 IMU (融合解算后的 Roll/Pitch/Yaw/Accel)。
路径： 飞控 -> (Mavlink协议) -> 机载ESP32 -> (UDP封装) -> 手机热点 -> 云服务器 -> 地面 PC。
终端： 地面 PC 运行 Python 脚本接收 UDP -> 转发给 SimTools 软件 -> 驱动六轴平台。
2.3 双链路冗余控制逻辑
ArduPilot 飞控本身支持多路输入逻辑，无需额外的硬件切换开关：
优先级： 4G 信号 (
RC_CHANNELS_OVERRIDE) 优先级高于 2.4G 信号。故障切换： 若 4G 信号中断超过 1秒，飞控自动切回 2.4G 接收机控制。
3. 硬件选型与改装要点
3.1 天空端硬件
计算核心： 骁龙835/845 旧手机主板（去屏去电池，独立供电）。
视觉： UVC 广角摄像头 + 两轴舵机云台。
数据桥接： 机载 ESP32。
关键点： 它不仅负责接收地面指令，现在还需要负责高频读取飞控姿态。
连接： ESP32 Tx/Rx <-> PIX
TELEM2接口。
3.2 地面端硬件
六轴平台 (6-DOF Platform)：
包含 6个电动缸（或舵机）和运动控制卡。
推荐软件：SimTools 或 FlyPT Mover（这两款软件支持从网络端口读取数据驱动电机）。
PC 地面站： 性能需足以同时运行 SRT 解码（看视频）和 SimTools（动感驱动）。
4. 软件环境与体感反馈配置（新增）
4.1 机载端 ESP32 固件逻辑升级
机载 ESP32 需要执行双向高频任务，建议使用 FreeRTOS 多线程编写：
线程 A (接收控制)： 监听云服务器 UDP 端口，收到
{ch1..ch8}包后，封装为 MavlinkRC_OVERRIDE发给飞控。线程 B (发送姿态)：
以 20Hz - 50Hz 的频率向飞控请求
ATTITUDE(消息ID #30) 和HIGH_LATENCY2消息。解析出
roll,pitch,yaw(弧度转角度) 以及rollspeed,pitchspeed(用于模拟瞬态震动)。封装为轻量级 UDP 包（例如 CSV 格式：
$ATT,roll,pitch,yaw,acc_z）发送回云服务器。
4.2 飞控参数设置 (Mission Planner)
串口设置：
SERIAL2_PROTOCOL= 2 (Mavlink 2)SERIAL2_BAUD= 921 (921600 bps - 必须高波特率以支持高频姿态回传)SR2_EXTRA1= 50 (设置姿态数据ATTITUDE的刷新率为 50Hz，保证座舱顺滑)
控制参数：
FS_GCS_ENABLE= 1,RC_OVERRIDE_TIME= 1.0
4.3 地面端：SimTools 衔接
动感座椅通常使用 SimTools 软件驱动。我们需要编写一个简单的“中间件”脚本（Python）：
Python 脚本：
监听云服务器转发下来的 UDP 姿态包。
解析出 Roll, Pitch, Yaw。
将数据通过 NET 接口 或 虚拟串口 转发给 SimTools。
数据格式示例： SimTools 通常接受
<Axis1><Axis2>...格式，例如R12.5P-5.2Y30.1。
SimTools 设置：
Interface: Network / Serial。
Axis Assignment: 将收到的 Roll 映射到座舱的 Roll 轴，Pitch 映射到 Pitch 轴。
Smoothing (平滑处理)： 4G 网络会有抖动，必须在 SimTools 里开启过滤器（Filter），否则座舱会抽搐。
5. 实施步骤
桌面验证（数据链路）：
ESP32 连接飞控，电脑端用 Python 写个脚本打印接收到的 UDP 数据。
晃动飞控，确认电脑屏幕上的 Roll/Pitch 数值实时变化，延迟应 < 100ms。
动感联调：
打开 SimTools，连接 Python 中间件。
晃动飞控，确认六轴平台随动。
调试重点： 调整比例系数，飞控倾斜 10度，座舱倾斜多少？建议 1:0.8 比例，避免晕车。
整机集成与试飞：
按照之前的步骤完成手机、摄像头、头追的安装。
先进行视距内飞行，地面人员坐在座舱里体验（注意系好安全带，防止数据错误导致座舱剧烈甩动）。
6. 风险评估与体感优化
7. 硬件采购清单 (BOM)
为方便实施，以下是完成整个系统（含双链路、头追、六轴反馈）所需的所有硬件清单。
7.1 天空端（飞机载荷）
7.2 地面端（控制与反馈）
7.3 动感座舱（六轴平台）
7.4 基础设施
