class-CompletionofFCS: 做中学课程（飞行器控制系统设计与实践）

# 做中学（飞行器综合控制系统设计与实践）

### 介绍
本综合设计实践课将以创新型教学方式，结合课堂教学、课外自学、动手实践三个主要环节（时间分配1:2:3）来安排学生对飞行器综合控制相关理论的学习与应用。理论学习通过教师课堂讲解，学生在教师引导下利用在线视频、在线资料、课本、研讨等方式的自主学习来完成；实践学习中，学生以小组为单位，在成本、硬件约束下，自行设计最优方案改进飞机并设计飞行控制系统、图像识别系统以及任务控制系统使其完成某规定任务。通过上述环节，学生不仅将深度掌握飞机综合控制系统设计与实现方法，巩固飞行动力学、自动控制原理、C语言等相关知识，也能增强在有限条件下完成目标的规划能力、自主学习、合作交流、开拓创新、独立思辨以及将书本知识转化成实践等综合能力。

### 项目目标
1. 让旋翼飞行器飞起来—————自行设计并实现飞行控制系统设计与实践
2. 利用arduino设计一个小型目标打击系统并实现控制
3. **初级**（利用视觉系统）识别色块并能抵近目标并实现打击；**高级**（利用视觉系统）跟踪动目标并能实现打击

### 系统架构
![image](structure.png)

### 飞行控制系统设计与实践
课堂PPT

### 火力控制系统设计与实践
1. 理论部分见课堂PPT

2. 实现部分有可能需要用到Arduino(其是一个开放源码电子原型平，拥有灵活、易用的硬件和软件。)，Arduino部分学习资料见[这里](https://gitee.com/mary-lee/computer-control/blob/master/Arduino/README.md)

### 3. 目标识别系统设计与实践
在无人机上使用相机的作用：
- 目标识别
- 避障
- 使定位更精确
- 建图（军方应用较多）

![视觉系统工作原理](视觉系统工作原理.png)

#### 3.1 相机工作原理
* [相机工作原理](https://zhuanlan.zhihu.com/p/33408761):这个视频1分57秒，
* [相机模型及其基础公式](https://zhuanlan.zhihu.com/p/540969207)
* [相机模型中四个坐标系的关系及其数学表达](https://zhuanlan.zhihu.com/p/125006810):世界坐标系、相机坐标系、图像坐标系、像素坐标系

#### 3.1 ROS与可视化仿真（Gazebo）
1. 什么是ROS？
- ROS是机器人操作系统（Robot Operating System）的简称。它是一个开源、灵活的软件框架，用于构建机器人应用程序。ROS提供了一系列库和工具，使开发者能够通过统一的通信机制在不同的硬件平台上编写、测试和部署机器人软件。它支持分布式计算，允许开发者将不同的组件（如感知、控制、规划等）独立开发和测试，并通过ROS的通信机制进行交互。通过封装硬件接口、提供常用功能、实现消息传递等

2. 什么是Gazebo？
- Gazebo是一个多机器人物理仿真器，用于模拟机器人在真实世界中的行为。它提供了一个基于物理引擎的虚拟环境，可以模拟机器人的运动、传感器数据、碰撞检测等。Gazebo具有高度可定制性，可以根据用户的需求进行配置和扩展。它还提供了一个可视化界面，允许用户实时观察仿真结果，并进行调试和优化。

**实际应用中，ROS和Gazebo可以结合使用，通过ROS提供的接口，将开发的软件模块集成到Gazebo中进行仿真和测试。**

3. 学习Ros与Gazebo前需要学习什么编程语言？
- C++：C++是ROS的主要编程语言。ROS的核心组件和库大部分都是用C++编写的; Gazebo的核心是基于C++开发的，并提供了C++ API供开发者使用。因此对C++的基本语法和面向对象编程有一定的了解是必要的。

**注意**

**如果仅仅为了使用gazebo和Ros，C++只需要学习基础即可[网页](https://gitee.com/pi-lab/learn_programming/blob/master/1_c++/README.md)**

**也可以参考C++比较好的[学习网站](https://www.runoob.com/cplusplus/cpp-tutorial.html)、[学习资源](https://blog.csdn.net/weixin_44949135/article/details/115025771)、[bilibili视频](https://www.bilibili.com/video/BV1et411b73Z?p=2)**

- Python：Python是另一种常用的ROS编程语言。ROS提供了Python接口，使得开发者可以使用Python编写机器人应用程序。相比于C++，Python语法相对简单且易于学习，对于快速原型开发和快速迭代非常便利。

**注意**

**如果仅仅为了使用gazebo和Ros，C++只需要学习基础即可[网页](https://gitee.com/pi-lab/learn_programming/blob/master/1_c++/README.md)**

**也可以参考C++比较好的[学习网站](https://www.runoob.com/cplusplus/cpp-tutorial.html)、[学习资源](https://blog.csdn.net/weixin_44949135/article/details/115025771)、[bilibili视频](https://www.bilibili.com/video/BV1et411b73Z?p=2)**

**Python比较好的[学习网站](https://www.runoob.com/python/python-tutorial.html)、[bilibili视频](https://www.bilibili.com/video/BV1qW4y1a7fU/)**

4. 如何学习Ros？
- Ros的[安装]()
- Ros教程的官方[中文网址](http://wiki.ros.org/cn/ROS/Tutorials)
- Ros的[学习网站](http://www.autolabor.com.cn/book/ROSTutorials/chapter1.html)
- Ros的[学习视频](https://www.bilibili.com/video/BV1zt411G7Vn/)

5. 如何学习Gazebo？
- Gazebo[bilibili视频](https://www.bilibili.com/video/BV143411C75B?p=1)
- Gazebo旋翼机搭建[参考阅读](ttps://blog.csdn.net/qq_37680545/article/details/123185002)
- [ROS+Gazebo+PX4仿真步骤](https://blog.csdn.net/qq_19469271/article/details/119963938)

#### 3.2 OpenCV 基础
- [bilibili视频](https://www.bilibili.com/video/BV1PV411774y?p=2)
- [OpenCV tutorial](https://docs.opencv.org/3.4/d9/df8/tutorial_root.html)
- [OpenCV school](https://www.w3cschool.cn/opencv/)

#### 3.3 识别色块
* 颜色识别opencv+trackbar调节目标颜色hsv的阈值
    - https://blog.csdn.net/qq_44873474/article/details/113062167
    - https://blog.csdn.net/qq_34916678/article/details/105413220
* 其他方法
    - https://blog.csdn.net/rosen_er/article/details/104021788
    - https://blog.csdn.net/qq_53500523/article/details/123698272

#### 3.4 识别形状
* https://blog.csdn.net/m0_37579176/article/details/90207959
* https://blog.csdn.net/WjoKe/article/details/113205908

#### 3.5 估算目标位置
* https://blog.csdn.net/u010750137/article/details/98457477

#### 计算机控制reference
1. [在线讲义](https://gitee.com/mary-lee/computer-control)
2. [知识图谱资源待续]

#### 由可能用到的链接
1. [虚拟机与Ubuntu安装](https://blog.csdn.net/qq_43015237/article/details/109234454)

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