📌 一、赛题速览与难点剖析
一、原题再现
任务：
设计并制作四旋翼自主飞行器探测跟踪系统，包括设计制作一架四旋翼自主飞行器，飞行器上安装一向下的激光笔；制作一辆可遥控小车作为信标。飞行器飞行和小车运行区域俯视图和立体图分别如图 1 和图 2 所示。
官方场地图（图 1 飞行区域俯视图，6m×5m，A 区与位置 1~9 网格布局）：
官方场地立体图（图 2，安全网高 3m）：
基本部分要求：
1. 飞行器摆放在 A 区，一键式启动飞行器，起飞并在不低于 1m 高度悬停 5s，后在 A 区降落并停机。悬停期间激光笔应照射到 A 区内；
2. 手持飞行器靠近小车，当两者距离在 0.5~1.5m 范围内时，飞行器和小车发出明显声光指示；
3. 小车摆放在位置 8。飞行器摆放在 A 区，一键式启动飞行器，飞至小车上方且悬停 5s 后择地降落并停机；悬停期间激光笔应照射到位置 8 区内且至少照射到小车一次，飞行时间不大于 30s。
发挥部分要求：
1. 小车摆放在位置 8。飞行器从 A 区一键式启动，飞至小车上方后，用遥控器使小车到达位置 2 后停车，期间飞行器跟随小车飞行；小车静止 5s 后飞行器择地降落并停机。飞行时间不大于 30s；
2. 小车摆放在位置 8。飞行器从 A 区一键式启动。用遥控器使小车依次途经位置 1~9 中的 4 个指定位置（现场抽签），飞行器在距小车 0.5~1.5m 范围内全程跟随；小车静止 5s 后飞行器择地降落并停机。飞行时间不大于 90s；
3. 其他（创新点与附加功能）。
关键考核与测试说明：
▸ 除小车、飞行器的飞行控制板、单一摄像功能模块外，其他功能的实现必须使用组委会统一下发的 RX23T MCU 板（芯片型号 R5F523T5ADFM，板上有"NUEDC"标识），RX23T 板应安装于明显位置、可插拔；
▸ 飞行器可自制或外购，带防撞圈，外形尺寸（含防撞圈）≤50cm×50cm；遥控小车 ≤20cm×15cm；机身标注赛区代码；
▸ 飞行区域地面为白色；A 区由直径 20cm 黑色实心圆和直径 75cm 同心圆组成；位置 1~9 由直径 20cm 圆形及数字组成，位置 8 区指位置 8 的直径 75cm 同心圆；场地内不得额外设置任何标识、引导线或其他装置；
▸ 飞行器不得遥控、飞行中不得人为干预；小车由一名队员用一个遥控器控制，两者不得有线连接；
▸ 跟随的判定：飞行路径以激光笔照射地面位置为准，照射到小车车身或小车运行路径视为跟随；路径偏离酌情扣分；
▸ 触地触网后 5s 内不能自行恢复飞行视为失败（失败前完成部分仍计分）；测试全程只允许更换电池一次；飞行时间超时扣分。
评分标准文字版速览：
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120 |
判分关键解读：基本 (1) 的 20 分是全场最稳的保底分——一键起飞、1m 定高、回 A 区降落，本质是「飞控 + 定高」的基本功；发挥 (2) 一项就占 30 分，是全场最大的分差来源，而它的判据是「全程保持在 0.5~1.5m 距离带内 + 路径一致」，也就是说这个 30 分的钥匙恰恰藏在那个容易被当成「声光指示小细节」的距离约束里——这正是本文标题要讲的核心。
①.5 题目工程背景
这道题映射的现实工程，是室内 GPS 拒止环境下的目标跟随无人机。
户外跟拍无人机靠 GPS + 视觉组合就能锁定目标；但在仓库、桥底、隧道、室内场馆这些 GPS 没有信号的地方，无人机怎么「知道自己在哪、目标在哪」？工业界的完整答案是 SLAM + 动作捕捉 + UWB 定位，又贵又重。2017 年的出题人给了一个教科书级的工程折中：给被跟踪目标装一个主动信标（小车 + 颜色标识），飞行器只带一个摄像头，用「信标式跟随」替代全局定位——飞行器不需要知道自己在坐标系里的绝对位置，只需要「盯着信标别跟丢」，位置闭环就退化成了一个二维像素误差的伺服问题。
这个思路今天仍然活跃：仓储机器人跟随、巡检无人机桥底贴飞、消费级无人机的「智能跟随」模式，本质都是「目标即坐标系」。当年这道题还有一个容易被忽略的时代烙印——强制使用厂商下发的 RX23T 板：飞控可以买成品、摄像功能模块可以用现成模块，但任务调度、传感器融合、无线协议、声光逻辑这些「系统级」功能必须跑在指定板子上。它考的不是谁 PID 调得快，而是嵌入式系统的职责划分能力——同一套功能，切给三个芯片还是两个芯片、谁做主谁做从、链路怎么走，直接决定四天能不能收敛。
二、大白话版解读
把题目翻译成一句大白话：飞行器是个「跟班」，小车是「老大」，飞行器要全程盯着老大，老大走到哪它跟到哪，而且不能贴太近也不能掉太远。
拆开来看，五项要求其实是同一个能力的五次「加试」（后两次合并讲）：
▸ 基本 (1)：原地起立坐下——一键起飞、1m 高度站桩 5 秒、原位坐下。考验飞控定高和起飞降落的基本功，激光笔照 A 区就是验证「你没站歪」；
▸ 基本 (2)：手持凑近——人拿着飞行器靠近小车，0.5~1.5m 内双方闪灯鸣叫。看似送分，实则是传感器选型陷阱（后面难点剖析细说）；
▸ 基本 (3)：找到老大——从小车停的位置 8 出发，飞行器从 A 区自主飞过去，悬停在小车头顶，激光笔照到小车才算数，30 秒内完成；
▸ 发挥 (1)(2)：跟着老大走——小车动、飞行器跟着动，路径要重合（激光笔光斑轨迹为准），而且全程距离必须保持在 0.5~1.5m。发挥 (2) 还要求连过 4 个抽签点位，90 秒内完成。
特别注意三个「隐形裁判」：激光笔是跟随判定的法定证据，光斑不照到小车路径上，你跟得再稳也白搭；一键启动意味着飞行模式必须在摆放前设好，起飞之后没有任何干预机会；小车静止 5s 后才允许降落——这个「5s」其实是在暗示你：飞行器怎么知道小车停了？要么自己判断目标静止，要么让小车通过无线链路「发暗号」，这本身就是一道跨机通信的设计题。
三、核心指标速查表
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约束红线：飞行器 ≤50cm×50cm（含防撞圈）、小车 ≤20cm×15cm、必须用下发 RX23T 板（飞控板与单一摄像模块除外）、不得遥控飞行器、只许换电池一次、触地 5s 不能自恢复判失败。
四、最大卡脖子难点
难点 1：0.5~1.5m 是三维直线距离——高度被一条隐藏红线锁死
这是全题最隐蔽也最值钱的坑。飞行器在空中、小车在地面，「两者距离」是斜线：distance = √(h² + D²)，其中 h 是飞行高度，D 是水平偏移。发挥 (2) 要求全程 distance ≤ 1.5m，那么 h 必须小于 1.5m——飞行器根本飞不高！而基本 (1) 又要求悬停高度 ≥1m，所以定高被夹死在 1.0~1.5m 的窄带里。更狠的是，h 越大水平容差越小：定高 1.1m 时水平偏移允许到 √(1.5²−1.1²) ≈ 1.02m，而定高 1.45m 时只剩 √(1.5²−1.45²) ≈ 0.38m——跟车稍有滞后就出带。后面第五节会看到，参考设计把定高死死钉在 1.1m，就是这个账算出来的结果。
这里还有一层审题风险：题面只写「两者距离」，没明说是直线距离还是水平投影距离，判分权在评委手里。按水平距离解读，定高就完全不受限，两种解读会导致截然不同的策略。稳妥做法是两种解读都满足——即按三维直线距离做设计（定高压到 1.5m 以下），这样无论评委怎么判都成立。审题时遇到有歧义的约束，别去赌一个解释，去设计一个对两种解释都成立的参数。
难点 2：向下的摄像头看不见「侧前方」的目标
注意题目只强制「激光笔向下」，摄像头朝向是队伍自选——而主流方案都把摄像头也朝下，因为向下看能同时拿到两样东西：地面上的黑点（定位基准）和小车顶上的色块（跟踪目标）。代价是：小车贴地跑，飞行器正常悬停时相机看到的是正下方那块地面，小车没进正下方视野之前，视觉闭环是瞎的。于是「找车」变成一个主动搜索问题——从 A 区黑点起飞后往哪飞、飞多高才能把小车纳入视野？
基本 (2) 更是把这个矛盾推到极致：手持飞行器靠近侧面的小车，朝下的相机根本看不到旁边的小车——这 10 分是纯粹的传感器选型考题，判距必须另想办法（超声波侧向/倾斜安装、激光 ToF、无线测距），硬靠向下视觉是拿不到的。
难点 3：双目标视觉的切换与丢失恢复
视野里有两个天然标识：位置圆/A 区的黑色实心圆（定点基准）和小车上的颜色信标（跟踪目标）。飞行器要在「锁定黑点定自己的位」和「锁定色块跟小车」之间反复切换；更麻烦的是丢失——小车一动、曝光一变、高度一变，色块可能瞬间出视野。没有一套「丢失后怎么飞」的策略（惯性滑行？原地盘旋？升高搜索？），发挥部分就是看天吃饭。
难点 4：RX23T 强制上位的系统划分
题目允许买成品飞控和相机模块，但其余功能必须跑在 RX23T 上。于是系统天然被切成三块：飞控管姿态内环（卖稳定）、视觉模块管目标提取（卖像素坐标）、RX23T 管任务调度与导航外环（卖脑力）。怎么划分职责、用什么链路把三者串起来（串口？SPI？MavLink？）、谁说了算——划分错了轻则改代码改到天亮，重则直接违反考核说明被判违规。
难点 5：时间预算与不可干预
基本 (3) 和发挥 (1) 都是 30s 限时，发挥 (2) 90s 要连过 4 个抽签点位。位置网格间距约 1.5m，从位置 8 出发再依次走完 4 个点位，最坏路径约 10m——按 90s 摊下来平均只要 0.11m/s，看起来宽裕得不像话，但真正的瓶颈根本不在平均值：飞行器的跟随速度上限就是它自己的限速（参考设计给的是 ±0.28~0.50m/s），小车一旦开得比这个快，飞行器立刻被甩出距离带，跟多远丢多远。换句话说，这 90 秒是「飞行器和小车共同的时间预算」——抽签结果出来后要反过来算小车该开多慢。而小车速度恰恰是全程唯一允许人为实时调节的变量（飞行器明令禁止干预），所以这题的临场策略是：先用限速倒推小车油门，再留 20% 余量。加上「不得人为干预」+「只许换电池一次」，没有任何「再来一次」的机会，起飞前自检、失控保护、低电策略都必须一次做对。
🛠️ 二、硬件方案
文字框图
整个系统是「一机一车、三芯分工」：
▸ 飞行器侧：Pixhawk 成品飞控（姿态内环，买稳定）＋ RX23T 导航板（任务调度与速度外环，满足强制考核）＋ OpenMV 视觉模块（向下看，输出黑点/色块像素坐标）＋ 超声波定高 ＋ 向下激光笔 ＋ 声光指示；
▸ 小车侧：遥控底盘 ＋ 颜色信标色块（车顶贴蓝色标）＋ 无线发射模块 ＋ RX23T/ MCU ＋ 声光指示；
▸ 跨机链路：小车 → 无线 → 飞行器，传递「配对成功 / 可以降落」等状态暗号。
