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無(wú)人機關(guān)鍵技術(shù)解讀

放大字體??縮小字體 發(fā)布日期:2016-08-30
核心提示:近年來(lái),無(wú)人機成為當下熱門(mén)行業(yè),受到很多愛(ài)好者追捧。無(wú)人機各個(gè)關(guān)鍵部件在無(wú)人機系統中起著(zhù)不同的作用。
  近年來(lái),無(wú)人機成為當下熱門(mén)行業(yè),受到很多愛(ài)好者追捧。無(wú)人機各個(gè)關(guān)鍵部件在無(wú)人機系統中起著(zhù)不同的作用。
 
  飛行控制系統

  無(wú)人機飛行控制系統是指能夠穩定無(wú)人機飛行姿態(tài),并能控制無(wú)人機自主或半自主飛行的控制系統。它是無(wú)人機的大腦,是區別于航模的主要標志,簡(jiǎn)稱(chēng)飛控。
 
  飛控的作用就是通過(guò)飛控板上的陀螺儀,對四軸飛行狀態(tài)進(jìn)行快速調整。如發(fā)現四軸右邊力量大,無(wú)人機向左傾斜,那么就減弱右邊電流輸出。電機變慢、升力變小,自然就不再向左傾斜。如果沒(méi)有飛控系統,四軸飛行器就會(huì )因為安裝、外界干擾、零件之間的不一致等因素導致飛行力量不平衡,后果就是左右、上下胡亂翻滾,根本無(wú)法飛行。
 
  工作過(guò)程大致如下:飛控系統實(shí)時(shí)采集各傳感器測量的飛行狀態(tài)數據、接收無(wú)線(xiàn)電測控終端傳輸的由地面測控站上行信道送來(lái)的控制命令及數據。飛控系統經(jīng)過(guò)計算處理,輸出控制指令給執行機構,實(shí)現對無(wú)人機各種飛行模態(tài)的控制和對任務(wù)設備的管理;同時(shí)將無(wú)人機的狀態(tài)數據、發(fā)動(dòng)機及機載電源系統、任務(wù)設備的工作狀態(tài)參數實(shí)時(shí)傳送給機載無(wú)線(xiàn)電數據終端,再經(jīng)無(wú)線(xiàn)電下行信道發(fā)送回地面測控站。飛控系統的硬件主要包括:主控制模塊、信號調理及接口模塊、數據采集以及舵機驅動(dòng)模塊等。
 
  增穩云臺的功能

  穩定平臺,用于增加相機的穩定性,對于任務(wù)設備來(lái)說(shuō)非常重要。幾千米的高度上,出現幾分幾秒的誤差,實(shí)際距離就能相差幾十米。穩定平臺主要通過(guò)傳感器感知機身,利用電機驅動(dòng)讓相機保持穩定的位置,減輕機身震動(dòng)帶來(lái)的影響。云臺主要考察三個(gè)性能:增穩精度、兼容性和轉動(dòng)范圍。如果是變焦相機,云臺的增穩精度則顯得更加重要。由于變焦相機經(jīng)過(guò)長(cháng)距離的變焦,一點(diǎn)點(diǎn)輕微的震動(dòng)都會(huì )讓畫(huà)面抖動(dòng)得很厲害。
 
  現時(shí)的航拍云臺主要由無(wú)刷電機驅動(dòng),在水平、橫滾、俯仰三個(gè)軸向對相機進(jìn)行增穩。云臺可搭載的攝影器材從小攝像頭到GoPro,再到微單/無(wú)反相機,甚至全畫(huà)幅單反以及專(zhuān)業(yè)級電影機都可以。攝影器材越大,云臺就越大,相應的機架也就越大。
 
  云臺在實(shí)際工作時(shí),是相機不動(dòng),機身動(dòng)??罩信臄z時(shí),無(wú)人機的機身不停地運動(dòng),云臺依然可以保相機鏡頭的位置,從而達到增穩的效果。
 
  云臺的分類(lèi)

  目前市面上常見(jiàn)的云臺有:三軸增穩云臺、兩軸增穩云臺。
 
  三軸穩定航拍云臺是現在主流航拍無(wú)人機采用的航拍防抖云臺,如:億航GhostDrone2.0、零度XPLORER、大疆Phantom3等無(wú)人機都使用了3軸航拍穩定器。其優(yōu)點(diǎn)是保證航拍畫(huà)面的清晰度、穩定性;缺點(diǎn)則是工程造價(jià)高、耗電量大、續航時(shí)間短。
 
  兩軸穩定航拍云臺是三軸穩定航拍云臺的縮減版。這種云臺被一些定位在低端產(chǎn)品的無(wú)人機企業(yè)大量采用,因為兩軸穩定器省去了垂直方向上的穩定補償,耗電少,成本低。大多用于航拍的無(wú)人機都是軸對稱(chēng)的結構,而軸對稱(chēng)結構能有效減輕無(wú)人機在垂直方向上的晃動(dòng)。
 
  無(wú)人機航拍云臺的耗電程度直接影響無(wú)人機續航能力。在云臺的電機耗電方面,有網(wǎng)友實(shí)際測試:在其它因素相同的情況下,不安裝航拍云臺,無(wú)人機飛行時(shí)間長(cháng)達26分鐘;安裝航拍云臺后,無(wú)人機飛行時(shí)間降至18分鐘。
 
  圖像傳輸系統

  無(wú)人機圖像傳輸系統就是將處于飛行狀態(tài)的無(wú)人機所拍攝的畫(huà)面實(shí)時(shí)穩定地發(fā)送給地面接收設備。
 
  整個(gè)圖傳工作過(guò)程大致如下(以數字圖傳為例):無(wú)人機上掛載的視頻拍攝裝置將采集的視頻信號傳輸到安裝在無(wú)人機上的圖傳信號發(fā)送器,然后由圖傳信號發(fā)送器的2.4GHz無(wú)線(xiàn)信號(市面上單賣(mài)的無(wú)人機圖傳套件有1.2GHz、2.4GHz、5.8GHz頻段可選,抗干擾能力、帶寬各有不同)傳送到地面的接收系統,再由接收系統通過(guò)HDMI傳輸到顯示設備上(顯示器或平板電視),或者是通過(guò)USB傳輸到手機與平板電腦上。由此,操控者就能實(shí)時(shí)監控無(wú)人機航拍的圖像。
 
  無(wú)人機的飛行范圍有限,如果超限,不僅遙控信號變差,實(shí)時(shí)高清圖傳也是個(gè)問(wèn)題。圖像傳輸距離的遠近、圖像傳輸質(zhì)量的好壞、圖像傳輸是否穩定等因素是衡量無(wú)人機圖傳性能的關(guān)鍵因素。圖像傳輸系統的性能也是區分無(wú)人機檔次的一個(gè)關(guān)鍵因素。
 
  現有的圖傳主要有模擬和數字兩種。它主要由發(fā)射端、接收端和顯示端三部分組成。
 
  模擬圖傳

  早期的圖傳設備都采用模擬制式,其特點(diǎn)是:當圖傳發(fā)射端和接收端在一個(gè)頻段上時(shí),可以接收畫(huà)面。
 
  優(yōu)點(diǎn):
 
  1)價(jià)格低廉。市面上的模擬圖傳發(fā)射和接受套裝通常在1000元以?xún)龋?br />  
  2)可以同時(shí)接收多個(gè)視頻信號。模擬圖傳的發(fā)射端相當于廣播,只要接收端的頻率和發(fā)射端一致,就可以接收到視頻信號,選擇搭配不同的天線(xiàn)可呈現不同的接收效果;
 
  3)工作距離較遠。以常用600mw圖傳發(fā)射為例,開(kāi)闊地工作距離在2km以上;
 
  4)信號微弱時(shí)也可判斷。在信號微弱時(shí),也能勉強判斷飛機姿態(tài)。
 
  缺點(diǎn):
 
  1)天線(xiàn)的質(zhì)量良莠不齊,新手玩家選擇困難;
 
  2)易受到同頻干擾,兩個(gè)發(fā)射端的頻率若接近時(shí),很有可能導致本機的視頻信號被別人的圖傳信號插入,導致飛機丟失;
 
  3)接線(xiàn)、安裝,調試需要一定經(jīng)驗,對于新手而言增加操作的難度;
 
  4)飛行時(shí)安裝天線(xiàn)、接收端電池、顯示器支架等過(guò)程繁瑣;
 
  5)沒(méi)有DVR(視頻錄制)功能的接收端無(wú)法實(shí)時(shí)回看視頻,而有DVR功能的接收端回看視頻也較為不便;
 
  6)模擬圖傳發(fā)射端通常安裝在機身外,影響一體機的美觀(guān);
 
  7)玩家個(gè)人安裝的圖傳天線(xiàn)若安裝不當,可能在有的飛行姿態(tài)下會(huì )被機身遮擋,導致此時(shí)接受信號欠佳,影響飛行安全;
 
  8)視頻帶寬小,畫(huà)質(zhì)較差,通常分辨率在640*480,影響拍攝時(shí)的感觀(guān)。
 
  數字圖傳

  廠(chǎng)商所開(kāi)發(fā)的無(wú)人機套機通常都搭載了專(zhuān)用的數字圖傳,利用2.4g或5.8g的數字信號進(jìn)行視頻傳輸。
 
  優(yōu)點(diǎn):
 
  1)使用方便,安裝在遙控器上的手機/平板電腦作為顯示器
 
  2)中高端產(chǎn)品的圖像傳輸質(zhì)量較高,分辨率可達720p甚至高達
 
  3)中高端產(chǎn)品的傳輸距離亦可達2km,與普通模擬圖傳相媲美
 
  4)實(shí)時(shí)回看拍攝的照片和視頻
 
  5)可靠性較高,一體化設計較為美觀(guān)
 
  缺點(diǎn):
 
  1)中高端產(chǎn)品的價(jià)格昂貴
 
  2)低端產(chǎn)品的有效距離短,圖像延遲問(wèn)題嚴重,影響飛行體驗
 
  3)普通手機和平板電腦在沒(méi)有配備遮光罩的情況下,室外環(huán)境下飛行時(shí),屏幕亮度較低,飛手難以看清畫(huà)面
 
  4)限于廠(chǎng)商實(shí)力和研發(fā)成本,不同的數字圖傳對手機/平板作為顯示器的兼容性沒(méi)有充分驗證,某些型號可能適配較差。
 
  適應人群:新手玩家。中高端數字圖傳亦可適應高端玩家的要求。對于穿越飛行而言,目前的數字圖傳仍然需要外接顯示器或手機/平板電腦。
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關(guān)鍵詞: 無(wú)人機
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