团队成员开展自主飞行测试。杨晨/摄

　　2月3日，已进入假期的西南科技大学校园趋于安静，但特殊环境机器人技术四川省重点实验室运转如常。下午2点，下设的动捕实验室里，搭载“异构飞控智航系统”的四旋翼无人机又开始了新一轮自主飞行测试。

　　特种机器人技术与数智系统创新团队成员张平点击一键启动指令后，雷达驱动、定位算法、规划与控制算法等模块被加载。

　　“数据正常，定位稳定。”他确认道。与此同时，侧方的投影墙上，由无人机实时构建的三维环境图变得清晰，蓝色光点勾勒出实验室的轮廓和场地中央障碍物的结构。

　　一旁，团队成员彭靖楠手持安全遥控器，拇指向前轻推解锁杆。随即，无人机的4片桨叶同步开始旋转，低沉的嗡鸣声瞬间充满整个房间。

　　此次测试的对象是团队正在攻关的第四代异构飞控智航系统。该系统旨在赋予无人机在未知环境中实时建图、自主规划与避障的“思考”与“执行”能力。

　　目前，该团队自主研发的异构飞控智航系统已迭代至第三代，并成功应用于工厂巡检、海关查验等实际场景。而此刻实验室里的忙碌，是为了保障无人机更智能、更可靠地飞行。

　　“思考”与“执行”的测试

　　升空后，无人机按照自主规划的航线平稳飞行，在接近障碍物时灵活侧身绕行，最终精准抵达目标落点。侧方的投影屏幕上，一道清晰的红色轨迹被实时记录在三维环境图中。

　　安全始终被置于首位。彭靖楠手持遥控器，视线紧跟着无人机。其角色是最高权限管制员，一旦系统出现任何无法处理的危险，他将立刻手动接管无人机。

　　特种机器人技术与数智系统创新团队致力于特种机器人及数智化系统研发，其中张平与彭靖楠所在研究小组聚焦无人机运动规划与控制方向，重点开展飞行控制系统开发及相关算法研究。简而言之，就是让无人机拥有高度智能的“大脑”与协调敏捷的“小脑”。

　　每一次测试，都是在反复验证这对核心单元的配合是否足够默契、可靠。小组负责人霍建文解释，无人机通过激光雷达感知环境并构建地图，这是“大脑”在观察和认识世界。“接收到目标点后，算法实时规划出最优避障路径，这是‘大脑’在进行思考和决策。而飞控系统精准控制电机与姿态，令其稳定沿轨迹飞行，则是‘小脑’在执行命令，确保每一个动作的平衡与精准。”

　　顺利、可靠的自主飞行背后是一次次“失败”后的打磨。实验室天花板上，四道放射状的黑迹依然清晰，那是一次“炸机”事故中桨叶留下的印记。

　　“那次的问题出在振动上。”张平回忆，起初他们仅用两根支撑柱固定顶部的激光雷达，但在飞行中，这种两点支撑结构产生了难以预料的高频振动，严重干扰了雷达数据。无人机因接收到错误的“里程计”信息而开始疯狂纠偏，最终失控撞上天花板。

　　后续，团队不仅将支撑柱增加至4根，更换了损坏的零部件并重新进行焊接、组装和调试，还对传感数据的算法和逻辑进行了增强，下了不少功夫。

　　打造会思考的“大脑”和保稳定的“小脑”

　　在实验室进行测试的同时，一架搭载第三代异构飞控智航系统的无人机，正在河北秦皇岛一家企业的生产车间里沿生产线自主巡航。

　　在系统支持下，无人机能够精准定位、自主导航与实时避障，像一位不知疲倦的巡检员。至于线上产品的具体识别与判断，则由搭载的视觉算法来完成。

　　想要从实验室走向真实的应用场景，无人机必须适应强干扰、高动态的极端环境。而市面上常见的消费级或传统工业级飞控，往往难以满足严苛的可靠性、实时性与智能性要求。这正是团队要攻克的核心难题。

　　“可以理解为传统方案将‘大脑’和‘小脑’分家。”霍建文解释，传统设计多采用算力有限的单核处理器，或者将负责智能计算的“大脑”与负责实时控制的“小脑”分开布局，再用物理线路连接，导致延迟高、稳定性差、算力浪费。

　　团队的工作，就是把“大脑”和“小脑”融合在一起。他们的核心创新，在于采用了一枚集成双核ARM（高级精简指令集机器）与FPGA（现场可编程门阵列）的异构SoC芯片（系统级芯片）。FPGA如同高效的预处理中心，并行处理传感器数据、通信协议等底层任务，从而解放ARM核，使其专注于高级的导航、规划与决策算法。这种芯片级的高度集成，不仅显著提升了算力与能效，也带来了更强的物理可靠性和抗风险能力。

　　“就像建房子，我们从打地基开始介入，并陆续完成了搭框架到砌砖以及装窗户，全链条自主可控。”团队成员孙俊表示，正是这种从底层硬件设计、系统架构到上层算法的全面把握，使该飞控平台尺寸更小、集成度更高、拓展性更强。

　　孙俊向记者展示了一块绿色的电路板——团队自主研发的飞控核心。板面紧凑、元器件排列整齐，却只有一个巴掌大小。“在这个尺寸下，它已经做到了高度集成，和市面上同性能的飞控相比，体积上很有优势。”

　　但团队深知，这并不是终点。随着飞控系统走向更广阔的市场，支持更多机型、提升导航精度、构建更丰富的算法生态，是第四代系统明确的升级方向。

　　霍建文计划在春节前完成飞控系统针对丘陵山区复杂地形的适应性调试工作，以更快实现多架农业无人机的稳定协同作业。（记者 杨晨）

　　《中国科学报》 (2026-02-09 第1版 要闻)