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    各個模塊之間相對獨立，均可單獨完成一定的功能，模塊之間的相互連接采用總線實現(xiàn)，便于安裝和系統(tǒng)集成。雖然采用的總線是較可靠的通訊標準，但是在直升機實際飛行的環(huán)境中存在震動、電磁等干擾因素，可能影響到數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕瑸榱吮ＷC正確的數(shù)據(jù)傳輸，采用了兩套互為備份的總線系統(tǒng)―422總線和CAN總線。CAN總線對于數(shù)據(jù)包的傳送更為方便，克服了422總線只能采用主從模式以及工作在輪詢模式的缺點，并且具有更高的數(shù)據(jù)傳輸速度。
2.1  飛行控制計算機
    飛行控制計算機是直升機的中央控制單元，負責飛機上各個單元的協(xié)調(diào)工作，并與地面站之間進行數(shù)據(jù)傳輸。同時根據(jù)控制算法和地面站的命令，保持飛機以一定的姿態(tài)飛行。飛控計算機處理器采用德州儀器（Texas Instruments，TI）公司適用于控制的TMS320F2812 DSP，具有多路數(shù)字總線和模擬采樣通道，功耗低，運算速度足以滿足實時控制的需要。
    直升機模型較為復雜，而且通道之間存在耦合，如果考慮復雜情況則控制率較難實現(xiàn)，所以采用簡單的PID控制器分通道進行控制，為了解決非線性問題，采取不同狀態(tài)下采用不同參數(shù)的控制方法。具體將飛機飛行狀態(tài)劃分為起飛、降落、懸停、向左、向右等狀態(tài)，在不同狀態(tài)下設定不同的控制目標值。例如，懸停狀態(tài)高度設定為固定值，俯仰、滾轉(zhuǎn)以及偏航的角度都設置為零，利用四個不同的控制器分通道控制，使得飛機姿態(tài)達到設定值。以偏航方向的控制為例，如圖3所示。

2.2  導航系統(tǒng)
    為了實現(xiàn)對直升機姿態(tài)的控制，需要有飛機各個方向的速度位置姿態(tài)信息等，慣性導航系統(tǒng)的算法通過對慣性測量單元(IMU)提供的加速度和角速度的積分，得到機體的位置、速度和姿態(tài)信息(PVA)。從硬件上來說，該模塊是實現(xiàn)了對各個加速度和角速度傳感器的信息采集，但是僅僅通過以上簡單的慣導算法本身很難得到有用的信息，慣性傳感器的漂移和定步長積分的累計誤差會使計算結(jié)果很快偏離實際值。導航系統(tǒng)必須考慮這些誤差因素并對得到的PVA結(jié)果作出修正。

    慣性導航模塊的設計目標是實現(xiàn)一個獨立的數(shù)字捷聯(lián)慣導系統(tǒng)：采集慣性敏感元件的輸出信號并進行解算，給出飛行器相對與給定坐標系的運動信息，通過總線實時地發(fā)送給飛行控制計算機。采集的傳感器信號包括三軸的加速度、角速度、地磁在三軸的分量以及GPS（全球定位系統(tǒng)）信號。通過各種傳感器信號的信息融合，可以有效提高導航系統(tǒng)的可靠性和精度。
2.3  超聲波測高模塊
    雖然GPS系統(tǒng)或者慣導系統(tǒng)都可以提供高度信息，但是對于實現(xiàn)直升機起飛降落這樣的任務來說，這些高度信息的精度是無法滿足要求的，需要有超聲測距、紅外測距或者激光測距等高精度的距離測量方法。激光測距的精度較高，但是購買的成本較高，自主開發(fā)的難度也更大；紅外測距的作用距離有限，同樣存在著開發(fā)難度較大的問題；超聲測距結(jié)合了測量距離較遠（可測10m）以及開發(fā)難度低的優(yōu)點，因此選擇超聲高度測量方案。另外超聲波具有指向性強，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠等優(yōu)點，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測量，如測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實現(xiàn)。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于做到實時控制，并且在測量精度方面能達到工業(yè)實用的要求，因此在移動機器人的研制上也得到了廣泛的應用。
    高度測量模塊的主要工作過程如下：超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物反射回來，超聲波接收器收到反射波即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計時器記錄的時間，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離。
2.4  舵機驅(qū)動模塊
    舵機是無人直升機上的執(zhí)行機構(gòu)，通過操縱舵機來改變主旋翼的槳葉角度和槳盤角度以及尾槳的槳葉角度，就可以控制作用于飛機上的力和力矩，從而改變機體飛行狀態(tài)。比賽用直升機仍然采用航模直升機的舵機，該舵機輸入為PWM（脈寬調(diào)制）信號，脈沖寬度對應于舵機的位置。
   為了實現(xiàn)可靠的控制，防止在一定條件下飛機失控，在舵機模塊增加控制切換功能，即可以通過飛控計算機控制或者通過遙控手直接遙控。

3  地面系統(tǒng)
    地面系統(tǒng)負責與機載部分通訊，發(fā)送控制指令，接收飛機狀態(tài)信息并處理飛機發(fā)回的圖像信息。具體分為視覺處理部分以及地面站部分。
3.1  視覺處理
    視覺是無人機的一個重要部分，無人機的一個重要應用―無人偵察，就是以計算機視覺為基礎。視覺程序的目的是：從直升機上面的攝像頭拍到的圖片中檢測出固定的幾類圖標的位置。整個檢測過程分為兩個階段，第一個階段從圖片中檢測出圖標所在矩形的位置，并放縮為32*32大小的標準矩形；第二個階段對這個標準矩形進行判斷，決定它是哪類圖標。
    三個標準圖標如圖6所示。

    第一階段獲取矩形位置的流程是如下。圖7為攝像頭傳回的一幀圖片。

    首先從攝像頭傳回的視頻中得到一幀圖片，將其轉(zhuǎn)換為灰度圖；然后對其進行均值濾波平滑處理，消除掉圖片上的一些雜質(zhì)；接下來進行sobel邊緣檢測，將矩形從圖像中分離出來，在邊緣檢測的同時也進行了閾值化的過程。得到區(qū)域邊緣后還需要判斷是不是矩形或者平行四邊形，只有矩形或者平行四邊形的區(qū)域可能是目標區(qū)。
    第二階段需要判斷32*32大小的區(qū)域是哪一個圖標。方法是：把32*32大小的區(qū)域認為是1024的一個向量空間，事先準備好3幅標準圖標，每幅圖標有4個方向，所以一共是12類圖標，根據(jù)轉(zhuǎn)換矩陣計算每類圖標在向量空間中的位置；然后把第一階段得到的區(qū)域乘以轉(zhuǎn)換矩陣，得到它在向量空間中的位置，判斷它和那一類圖標最接近，就屬于哪一類，并計算出匹配度，匹配度低于某個值則認為是干擾目標。圖8為識別出的圖標，m1、m2、m3分別指出圖標屬于哪一類，59、66、77是該區(qū)域?qū)τ谀且活悎D標的匹配度。

3.2  地面站
    地面控制站程序的作用是觀察飛機的各項飛行信息，包括GPS信息、飛機狀態(tài)信息、飛行航跡信息等，并可以發(fā)送命令對其進行控制。地面站和飛機之間的通訊遵循設定好的測控協(xié)議。地面站界面如圖9所示。

    左邊空白處的文字是顯示飛機發(fā)送回來的GPS信息和三軸線加速度、角速度信息。
    界面右邊的各項文字、儀表顯示了飛機的各種狀態(tài)信息，可以用于分析飛機的運行情況，其中右中的4個操縱桿可以給飛機設定升降舵、方向、風門、副翼四個參量。界面下方的按鈕群是主要的操作部分，可以通過點擊相應按鈕進行各種操作。界面最底下的一欄是狀態(tài)欄，顯示了一些程序運行的信息。
    地面站和視覺程序結(jié)合起來，利用飛機當前的高度、航向以及飛機所處的位置，可以計算出圖標的實際經(jīng)緯度信息，這也是比賽的最終要求。