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无人机关键部位解读

 

一、飞行控制系(xì)统

无人机飞(fēi)行(háng)控制(zhì)系统是指能够稳定无人(rén)机飞行姿态,并能控制无人机自主或半自主飞行的控制系统,是无人(rén)机的大脑,也(yě)是区别于航模的最主(zhǔ)要标(biāo)志(zhì),简称飞(fēi)控。

飞(fēi)控的(de)作用(yòng)就是通过飞(fēi)控板上的陀(tuó)螺仪,对四轴飞行状态(tài)进行快速(sù)调整(都是瞬间的事,不要妄想用人(rén)肉完成)。如(rú)发现右边(biān)力量大,向左倾斜,那么就(jiù)减(jiǎn)弱(ruò)右边电流输出,电机变慢、升力变小,自然就不再(zài)向左倾斜。如(rú)果没有飞控系统,四(sì)轴(zhóu)飞行器就(jiù)会因为安(ān)装、外界(jiè)干扰、零件之间的(de)不一致等原(yuán)因(yīn)形成(chéng)飞(fēi)行力量不平衡(héng),后果就是左右、上下地胡乱翻滚,根本无法(fǎ)飞行。

工作过程大致如下:飞控系统实(shí)时采(cǎi)集各传感器测量的飞行状(zhuàng)态数(shù)据、接(jiē)收无线(xiàn)电(diàn)测控(kòng)终端传输的由地面测控站上行信道送来的控(kòng)制命令及数(shù)据,经计(jì)算(suàn)处理,输出控(kòng)制指令给执(zhí)行机构(gòu),实现对无(wú)人机中(zhōng)各种飞行模态的控制和对任务设(shè)备(bèi)的管理与控制;同时(shí)将无人机的状(zhuàng)态数据及(jí)发动机、机载电源系统、任务设备的工作状态参数实时传送给机(jī)载无线(xiàn)电数据(jù)终端,经(jīng)无线电下行信道发送回地面测控站(zhàn)。飞(fēi)控(kòng)系统(tǒng)的(de)硬件主要包括:主控制模块、信号调理及接口模块、数(shù)据采集(jí)模块以(yǐ)及舵(duò)机驱动模块等(děng)。

二、增稳(wěn)云台

功能:稳定平台,对于任务设备来(lái)说太重要(yào)了,是(shì)用来(lái)给相(xiàng)机增稳的部(bù)分,几千(qiān)米的高(gāo)度上误差(chà)个几分几秒就能(néng)差出去几十米。它主要通(tōng)过传感(gǎn)器感(gǎn)知机身的动(dòng)作(zuò),通过电机驱动让相机保(bǎo)持原(yuán)来的位置,抵消机身(shēn)晃(huǎng)动或者震动的影(yǐng)响。云台主要考察几个(gè)性能:增(zēng)稳精度、兼容性(一款云(yún)台能适(shì)配几款相机和镜头(tóu))和(hé)转动范围(wéi)(分为俯仰、横(héng)滚和(hé)旋转三个轴),如果遇(yù)到(dào)变焦相机,就更加考验云台的增稳精度了,因(yīn)为经过长距离(lí)的变(biàn)焦,一点点轻微的震动都会让画面(miàn)抖动得很(hěn)厉害(hài)。

现时(shí)的(de)航(háng)拍云(yún)台主要由无刷电(diàn)机驱动,在水平(píng)、横滚、俯仰三个轴向对相(xiàng)机(jī)进行增稳,可搭(dā)载(zǎi)的摄影器(qì)材从小摄像(xiàng)头(tóu)到GoPro,再到微单(dān)/无反相机,甚至全画幅单反(fǎn)以及专业(yè)级电影机都(dōu)可以。摄影器材越大(dà),云(yún)台就越大(dà),相应的机架(jià)也就越(yuè)大。

分(fèn)类:目前市面上常(cháng)见的有三(sān)轴(zhóu)增稳(wěn)云台和两(liǎng)轴(zhóu)增稳云台。

三轴稳定航(háng)拍云台是(shì)现在主流航拍无(wú)人机所采(cǎi)用的(de)航拍防(fáng)抖云台,如:昆明劲(jìn)鹰(yīng)无人机,优点是对航(háng)拍时的(de)画(huà)面(miàn)有全方位的稳定,保证画面清(qīng)晰(xī)稳定;而缺(quē)点是工程造(zào)价较(jiào)贵(guì),由于电机控制,所以相对会耗电,降低(dī)航拍的续航时(shí)间(jiān)。

两轴稳定航拍云台其实(shí)是(shì)三轴稳定航(háng)拍(pāi)云台的缩减版,在市场上一些定位在低(dī)端产品的无人(rén)机(jī)所(suǒ)大量采用,原因是(shì)两轴稳(wěn)定(dìng)器能够(gòu)降低成本,省去了垂直方向上的稳定补(bǔ)偿,对耗电也会(huì)有所帮助。大多(duō)航拍用的无人(rén)机都是轴对称的结构,而轴对称结构(gòu)在垂直方向上的晃动都(dōu)不是(shì)太厉(lì)害。

无人机航拍云台上的(de)耗电是影(yǐng)响无人机飞行的一大(dà)因素,在稳(wěn)定云台的电机耗(hào)电上,有网友(yǒu)实际测试,在其(qí)他因(yīn)素相同的(de)情(qíng)况下,在不安装航拍云(yún)台下,飞行时间能够长达26分钟(zhōng),而安装航拍(pāi)云台后(hòu),飞行时(shí)间下降至18分钟,安(ān)装了云台后下降了30%的续航时间。

三、图像传输系统

无人机图像传输系统就是将(jiāng)天(tiān)空中处于飞行(háng)状态的(de)无人机所拍(pāi)摄的(de)画面实(shí)时稳定的发射给地(dì)面无(wú)线图传遥控接(jiē)收设备。

整个图传(chuán)工作过程大(dà)致如下(以数字图(tú)传为(wéi)例):无人(rén)机上挂(guà)载的视频拍摄装置将采集(jí)的(de)视频信号(hào)传输到安装(zhuāng)在无人机(jī)上(shàng)的图传信号发送器,然(rán)后由图传信号发送器的(de)2.4GHz无线信号(市面上单卖的无(wú)人机图(tú)传套件有1.2GHz、2.4GHz、5.8GHz频段可(kě)选,抗干扰(rǎo)能(néng)力、带宽各有不同)传送到(dào)地(dì)面的接(jiē)收系统,由接收系统(tǒng)再(zài)通过HDMI传输到显示设备上(显示(shì)器或(huò)平板电(diàn)视),或者是通过USB传输到手机与平板(bǎn)电脑上。由此(cǐ),操(cāo)控(kòng)者就能实(shí)时地监控到无人机(jī)航(háng)拍(pāi)的图(tú)像。

无人机飞行范围有限(xiàn),过(guò)大会遥(yáo)控(kòng)信号变差(chà),同(tóng)时(shí)实时高清图传(chuán)也是个问(wèn)题(tí)。图像传输距离的远(yuǎn)近(jìn),图(tú)像传输质量的(de)好坏,图(tú)像传输(shū)的(de)稳定(dìng)性等是衡量(liàng)无人机(jī)图传性能的关(guān)键因素。同时图像传输(shū)系统的(de)性能是区分无人机档次的一个关键因素。

现有的图(tú)传主要(yào)有模(mó)拟和数(shù)字两种,而其组成部分主要由(yóu)发射(shè)端(duān)、接收(shōu)端和显示端三(sān)部分(fèn)。

(1) 模拟(nǐ)图(tú)传

早期的图传设备都采用的(de)是模拟(nǐ)制(zhì)式,它的(de)特点是只要图传发射(shè)端(duān)和接收端工作在一个频段上(shàng),就可以收到画面。

优点:

1)价格低廉,市面上的模拟(nǐ)图传(chuán)发射和接受套(tào)装通常在1000元(yuán)以内

2)可(kě)以多个(gè)接收同时(shí)接收视频信(xìn)号,模拟(nǐ)图传的发射端相当于广播,只要接收端(duān)的(de)频率和发射端一致,就(jiù)可以接收到视频信(xìn)号,方便多(duō)人观看;选(xuǎn)择较多、搭配(pèi)不同的天线可实现(xiàn)不(bú)同的接收效果(guǒ);

3)工(gōng)作距离(lí)较(jiào)远(yuǎn),以常用(yòng)的(de)600mw图传发射为例,开(kāi)阔地工作距离在2km以上;

4)配合(hé)无(wú)信号(hào)时(shí)显示雪花的(de)显示屏,在信号(hào)微弱时,也(yě)能勉强判(pàn)断飞机姿态;

5)一体化的(de)视频接受及DVR(录(lù)像)和FPV专用视频眼(yǎn)镜技术成熟,产品选择多;

6)视(shì)频信号基本没(méi)有延迟(chí),对于低空高速飞行(háng)必备。

缺点:

1)发射、接(jiē)受和天线的产品质量良莠(yǒu)不齐,新手玩家选择困(kùn)难;

2)易受到(dào)同(tóng)频干扰,两(liǎng)个发射端的频率若接近时,很(hěn)有可能导致本机的(de)视频信号被(bèi)别人(rén)的(de)图传信(xìn)号插入(rù),导致飞(fēi)机丢(diū)失;

3)接线、安装,调试(shì)需要一定经验(yàn),对于新手而(ér)言增加学习成本;

4)飞行时安装连接天线、接收(shōu)端电(diàn)池(chí)、显示器支架(jià)等过程繁琐;

5)没有DVR(视(shì)频(pín)录制)功(gōng)能的接(jiē)收端(duān)无法实时回看视频,而有DVR功(gōng)能的接收端(duān)回(huí)看视频(pín)也较为不便;

6)模拟图传发射端通常安装在机身外,影响一体机的(de)美(měi)观;

7)玩家个人安装的(de)图传天线若安装不当,可能在有的飞行姿(zī)态(tài)下会被机身(shēn)遮(zhē)挡,导致此时(shí)接(jiē)受(shòu)信号欠佳,影(yǐng)响飞行安全;

8)视频带宽小,画质(zhì)较(jiào)差,通常(cháng)分辨率在640*480,影响拍摄时的感观。

适应人群:有(yǒu)一定基(jī)础,对(duì)穿越飞行等(děng)项目热衷的(de)进阶玩家

(2) 数字图传

现在厂商所开发的无(wú)人机(jī)套机通常都搭载了专用的数字(zì)图传(chuán),它(tā)的视频(pín)传输方(fāng)式是通过2.4g或(huò)5.8g的数字信号进行。

优(yōu)点:

1)使用方便,通常只需在遥控器上安(ān)装手机/平(píng)板电脑作为显示器即可;

2)中高端产品的图像(xiàng)传输质(zhì)量较高(gāo),分辨(biàn)率可达720p甚至1080p;

3)中高端产品的传输距离亦可达(dá)2km,与(yǔ)普(pǔ)通模拟图传相媲美;

4)实时(shí)回看(kàn)拍(pāi)摄(shè)的照片和视频(pín)方(fāng)便;

5) 集成在机身(shēn)内,可靠(kào)性较高,一体化设计较为美观。

缺(quē)点:

1) 中高端产品的价格昂贵;

2) 低(dī)端产品的有(yǒu)效距离短和图像延迟问题非常(cháng)严重,影响飞行体验和远(yuǎn)距离飞行安全;

3) 普(pǔ)通手机和平板电脑在没有配备遮光罩(zhào)的情况下,在室(shì)外环境下飞行时,较低的屏幕(mù)亮度使(shǐ)得飞手难以看清画面;

4) 限于厂商实力和研发成本,不同(tóng)的数字图传对手(shǒu)机/平板作为显示器的兼容性没有充分验证,某些型号可能适配较差。

适应人群:新手玩家,中(zhōng)高端(duān)数(shù)字图传亦可适(shì)应高端(duān)玩家要(yào)求,但对于穿越飞行而言目前的数字图传延迟仍然较要实(shí)现航拍功能时需外(wài)接(jiē)显(xiǎn)示器或使用(yòng)手(shǒu)机/平板(bǎn)电脑(nǎo)作(zuò)为显示器。

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