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無人機關(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,無人機成為當下熱門行業(yè),受到很多愛好者追捧。無人機各個關(guān)鍵部件在無人機系統(tǒng)中起著不同的作用。
  近年來,無人機成為當下熱門行業(yè),受到很多愛好者追捧。無人機各個關(guān)鍵部件在無人機系統(tǒng)中起著不同的作用。
 
  飛行控制系統(tǒng)

  無人機飛行控制系統(tǒng)是指能夠穩(wěn)定無人機飛行姿態(tài),并能控制無人機自主或半自主飛行的控制系統(tǒng)。它是無人機的大腦,是區(qū)別于航模的主要標志,簡稱飛控。
 
  飛控的作用就是通過飛控板上的陀螺儀,對四軸飛行狀態(tài)進行快速調(diào)整。如發(fā)現(xiàn)四軸右邊力量大,無人機向左傾斜,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。如果沒有飛控系統(tǒng),四軸飛行器就會因為安裝、外界干擾、零件之間的不一致等因素導(dǎo)致飛行力量不平衡,后果就是左右、上下胡亂翻滾,根本無法飛行。
 
  工作過程大致如下:飛控系統(tǒng)實時采集各傳感器測量的飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)、接收無線電測控終端傳輸?shù)挠傻孛鏈y控站上行信道送來的控制命令及數(shù)據(jù)。飛控系統(tǒng)經(jīng)過計算處理,輸出控制指令給執(zhí)行機構(gòu),實現(xiàn)對無人機各種飛行模態(tài)的控制和對任務(wù)設(shè)備的管理;同時將無人機的狀態(tài)數(shù)據(jù)、發(fā)動機及機載電源系統(tǒng)、任務(wù)設(shè)備的工作狀態(tài)參數(shù)實時傳送給機載無線電數(shù)據(jù)終端,再經(jīng)無線電下行信道發(fā)送回地面測控站。飛控系統(tǒng)的硬件主要包括:主控制模塊、信號調(diào)理及接口模塊、數(shù)據(jù)采集以及舵機驅(qū)動模塊等。
 
  增穩(wěn)云臺的功能

  穩(wěn)定平臺,用于增加相機的穩(wěn)定性,對于任務(wù)設(shè)備來說非常重要。幾千米的高度上,出現(xiàn)幾分幾秒的誤差,實際距離就能相差幾十米。穩(wěn)定平臺主要通過傳感器感知機身,利用電機驅(qū)動讓相機保持穩(wěn)定的位置,減輕機身震動帶來的影響。云臺主要考察三個性能:增穩(wěn)精度、兼容性和轉(zhuǎn)動范圍。如果是變焦相機,云臺的增穩(wěn)精度則顯得更加重要。由于變焦相機經(jīng)過長距離的變焦,一點點輕微的震動都會讓畫面抖動得很厲害。
 
  現(xiàn)時的航拍云臺主要由無刷電機驅(qū)動,在水平、橫滾、俯仰三個軸向?qū)ο鄼C進行增穩(wěn)。云臺可搭載的攝影器材從小攝像頭到GoPro,再到微單/無反相機,甚至全畫幅單反以及專業(yè)級電影機都可以。攝影器材越大,云臺就越大,相應(yīng)的機架也就越大。
 
  云臺在實際工作時,是相機不動,機身動??罩信臄z時,無人機的機身不停地運動,云臺依然可以保相機鏡頭的位置,從而達到增穩(wěn)的效果。
 
  云臺的分類

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

  無人機圖像傳輸系統(tǒng)就是將處于飛行狀態(tài)的無人機所拍攝的畫面實時穩(wěn)定地發(fā)送給地面接收設(shè)備。
 
  整個圖傳工作過程大致如下(以數(shù)字圖傳為例):無人機上掛載的視頻拍攝裝置將采集的視頻信號傳輸?shù)桨惭b在無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無線信號(市面上單賣的無人機圖傳套件有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(tǒng),再由接收系統(tǒng)通過HDMI傳輸?shù)斤@示設(shè)備上(顯示器或平板電視),或者是通過USB傳輸?shù)绞謾C與平板電腦上。由此,操控者就能實時監(jiān)控?zé)o人機航拍的圖像。
 
  無人機的飛行范圍有限,如果超限,不僅遙控信號變差,實時高清圖傳也是個問題。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(wěn)定等因素是衡量無人機圖傳性能的關(guān)鍵因素。圖像傳輸系統(tǒng)的性能也是區(qū)分無人機檔次的一個關(guān)鍵因素。
 
  現(xiàn)有的圖傳主要有模擬和數(shù)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(shè)備都采用模擬制式,其特點是:當圖傳發(fā)射端和接收端在一個頻段上時,可以接收畫面。
 
  優(yōu)點:
 
  1)價格低廉。市面上的模擬圖傳發(fā)射和接受套裝通常在1000元以內(nèi);
 
  2)可以同時接收多個視頻信號。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可呈現(xiàn)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,開闊地工作距離在2km以上;
 
  4)信號微弱時也可判斷。在信號微弱時,也能勉強判斷飛機姿態(tài)。
 
  缺點:
 
  1)天線的質(zhì)量良莠不齊,新手玩家選擇困難;
 
  2)易受到同頻干擾,兩個發(fā)射端的頻率若接近時,很有可能導(dǎo)致本機的視頻信號被別人的圖傳信號插入,導(dǎo)致飛機丟失;
 
  3)接線、安裝,調(diào)試需要一定經(jīng)驗,對于新手而言增加操作的難度;
 
  4)飛行時安裝天線、接收端電池、顯示器支架等過程繁瑣;
 
  5)沒有DVR(視頻錄制)功能的接收端無法實時回看視頻,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;
 
  7)玩家個人安裝的圖傳天線若安裝不當,可能在有的飛行姿態(tài)下會被機身遮擋,導(dǎo)致此時接受信號欠佳,影響飛行安全;
 
  8)視頻帶寬小,畫質(zhì)較差,通常分辨率在640*480,影響拍攝時的感觀。
 
  數(shù)字圖傳

  廠商所開發(fā)的無人機套機通常都搭載了專用的數(shù)字圖傳,利用2.4g或5.8g的數(shù)字信號進行視頻傳輸。
 
  優(yōu)點:
 
  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)實時回看拍攝的照片和視頻
 
  5)可靠性較高,一體化設(shè)計較為美觀
 
  缺點:
 
  1)中高端產(chǎn)品的價格昂貴
 
  2)低端產(chǎn)品的有效距離短,圖像延遲問題嚴重,影響飛行體驗
 
  3)普通手機和平板電腦在沒有配備遮光罩的情況下,室外環(huán)境下飛行時,屏幕亮度較低,飛手難以看清畫面
 
  4)限于廠商實力和研發(fā)成本,不同的數(shù)字圖傳對手機/平板作為顯示器的兼容性沒有充分驗證,某些型號可能適配較差。
 
  適應(yīng)人群:新手玩家。中高端數(shù)字圖傳亦可適應(yīng)高端玩家的要求。對于穿越飛行而言,目前的數(shù)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: 無人機
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