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无人机(jī)关键部(bù)位解读

 

一、飞行控制系统

无人(rén)机飞(fēi)行控制系统是(shì)指能够稳(wěn)定无人机飞(fēi)行姿态,并能(néng)控制无人机自(zì)主(zhǔ)或(huò)半自(zì)主(zhǔ)飞行的控制系统,是无人机的大脑,也是区别(bié)于(yú)航模(mó)的最(zuì)主(zhǔ)要标志,简称飞控。

飞控的作用就(jiù)是通过飞控板上的陀螺仪,对四轴飞行(háng)状(zhuàng)态进行快速调(diào)整(都是瞬间的事,不要妄想用人肉完成)。如发现(xiàn)右边(biān)力量(liàng)大,向左(zuǒ)倾斜,那么就减(jiǎn)弱右边电流输出(chū),电机变慢、升力变小,自然就不(bú)再向左倾斜(xié)。如果没有飞控系统,四轴(zhóu)飞行器就会因(yīn)为安装、外界干扰、零件之间的不一(yī)致等原(yuán)因形成(chéng)飞行力量不平衡,后果就是左右(yòu)、上下地胡乱翻滚,根本无(wú)法飞(fēi)行。

工作过(guò)程大致如(rú)下:飞控系统实时采集各传感器测量的飞行状态数据、接收无线电测控终(zhōng)端传输(shū)的(de)由地面测(cè)控(kòng)站(zhàn)上(shàng)行信(xìn)道送来的(de)控(kòng)制命令及数据,经计算处理(lǐ),输出控制指令给(gěi)执(zhí)行(háng)机构,实现对无人机(jī)中各(gè)种飞(fēi)行(háng)模(mó)态的控制和对任务设(shè)备的(de)管理与控制;同时将无人机的状态数据及(jí)发动机、机载电源系(xì)统、任务(wù)设备的工作状态参数实时传送给机(jī)载无线电数据(jù)终端,经(jīng)无线电下行(háng)信道发送回地面测控站。飞控系统(tǒng)的(de)硬件主要包括:主控制模块、信(xìn)号调(diào)理(lǐ)及接口模块(kuài)、数据(jù)采集模块以(yǐ)及舵(duò)机驱动(dòng)模块等。

二、增稳云台

功能:稳定(dìng)平台,对于任务(wù)设备来说太(tài)重(chóng)要了,是用来(lái)给(gěi)相机增稳(wěn)的部分,几千米(mǐ)的高度上误(wù)差(chà)个几分几秒就(jiù)能差出去几十米。它(tā)主要通过传(chuán)感器感知机(jī)身的动作,通过(guò)电机驱动让相机保持原来的位(wèi)置,抵消机身晃动或者震动的影响。云台主要考察几个(gè)性(xìng)能:增稳精度、兼(jiān)容(róng)性(一款(kuǎn)云台(tái)能适配几款相(xiàng)机和镜头(tóu))和转动范围(分为俯仰、横滚和旋转(zhuǎn)三个轴),如果遇到变焦相机(jī),就更加考验云台的增稳精(jīng)度了,因为(wéi)经过长距离的变焦(jiāo),一(yī)点点轻微的震动都会(huì)让画面抖动得(dé)很厉害。

现(xiàn)时的(de)航拍云(yún)台(tái)主要(yào)由无刷(shuā)电机(jī)驱动,在水(shuǐ)平、横滚、俯仰三个(gè)轴向对相机(jī)进(jìn)行增稳,可搭载的摄影器材从小(xiǎo)摄像头到GoPro,再到微单/无反相机,甚至全(quán)画幅单反以及专(zhuān)业级电(diàn)影(yǐng)机都可(kě)以。摄影器材越大(dà),云台就越大,相(xiàng)应的机(jī)架也就越大。

分类:目(mù)前市(shì)面上常见的有三轴增稳云台和两轴增稳云台(tái)。

三轴(zhóu)稳定航拍(pāi)云台(tái)是现在主流航拍无人机所采用的(de)航拍防抖(dǒu)云台,如:昆(kūn)明劲鹰(yīng)无人机,优点是(shì)对航拍(pāi)时的画面有(yǒu)全方位的(de)稳定,保证(zhèng)画面(miàn)清晰(xī)稳定;而缺点是(shì)工(gōng)程造价较(jiào)贵,由于电机控制,所以相对会耗电(diàn),降低航(háng)拍的续航时间。

两(liǎng)轴稳定航拍云台其实是(shì)三轴稳定航拍云台(tái)的(de)缩(suō)减版(bǎn),在市场上一些定位(wèi)在低端产品的无人机所大量采用(yòng),原因是两轴稳定(dìng)器能够降低成本(běn),省去了垂直方向上的(de)稳定(dìng)补偿(cháng),对耗电也会有所(suǒ)帮助。大多航拍用的无人机都是轴对称的结构(gòu),而(ér)轴对称结构在垂直方向上的晃动都不是太厉害。

无人(rén)机航拍云台上的耗电(diàn)是影(yǐng)响(xiǎng)无人机(jī)飞行的一大因素,在(zài)稳定云台的电机耗电上,有网友实际测试,在其他因素相同的情况(kuàng)下,在(zài)不(bú)安装航拍(pāi)云(yún)台(tái)下,飞行时间(jiān)能够长达26分钟,而安装(zhuāng)航拍云台后(hòu),飞行时间(jiān)下降至18分钟,安装(zhuāng)了云(yún)台后下降(jiàng)了30%的续航(háng)时间。

三、图像传输系统

无人机图像传输系统就是将天空中(zhōng)处于飞行状态的无人(rén)机所(suǒ)拍(pāi)摄的画(huà)面实(shí)时(shí)稳定的发(fā)射给地面无(wú)线(xiàn)图传遥控接收设备。

整个图传工作过(guò)程大致如下(以数字图传为例(lì)):无人机上挂载的视频拍摄装置将采(cǎi)集的(de)视频信号传输到安装在无人(rén)机上的图传信号发送器,然后由图传信号发送器的2.4GHz无(wú)线信(xìn)号(市(shì)面上单卖的无人机图传(chuán)套件有1.2GHz、2.4GHz、5.8GHz频段可(kě)选(xuǎn),抗干(gàn)扰能力、带宽各有不(bú)同)传送到地面的接收系(xì)统,由接收(shōu)系统再通过HDMI传输到显示设备(bèi)上(shàng)(显(xiǎn)示器或平板(bǎn)电视),或者是通(tōng)过USB传输到手机(jī)与平板电脑上。由此,操控者就能实时(shí)地监控到无人机航拍的图像(xiàng)。

无人机飞行(háng)范围有限,过大会遥控信号变差,同时实时高清图(tú)传也是(shì)个问题(tí)。图像传输距(jù)离(lí)的(de)远近(jìn),图像(xiàng)传(chuán)输质(zhì)量的(de)好坏,图像传输的稳定(dìng)性等是衡(héng)量无人机图传性能的关键因素。同时图像传输系统的(de)性能是区分无(wú)人机档次(cì)的一个关键(jiàn)因素。

现有的图传主要有(yǒu)模拟(nǐ)和数字(zì)两种(zhǒng),而其组成部(bù)分主要由发(fā)射端、接收端和(hé)显示(shì)端三部分。

(1) 模拟图传

早期的图传设备都采用(yòng)的是模拟制式,它的特点是只要图传发射端和接收端工作在一个频段上(shàng),就可以收到画(huà)面。

优点:

1)价格低(dī)廉(lián),市面上的模拟图(tú)传发射和接受套装通常在1000元以内

2)可以多个接收同时接收视频信号,模拟图传(chuán)的发(fā)射端(duān)相(xiàng)当于(yú)广播,只要接收端的频率(lǜ)和发射(shè)端一致,就(jiù)可以接收(shōu)到(dào)视频信号(hào),方便多人(rén)观看;选择较多、搭配不(bú)同的天线(xiàn)可实现不同的(de)接(jiē)收效果;

3)工(gōng)作距离较远,以常用的600mw图传发射(shè)为例,开阔地工作距离在2km以(yǐ)上;

4)配合无信号时(shí)显示雪花(huā)的显示屏,在信号微弱时(shí),也能勉强判断飞机姿态;

5)一(yī)体化的(de)视频(pín)接受(shòu)及DVR(录像)和FPV专用视频眼(yǎn)镜技术成(chéng)熟,产品选择多;

6)视频信(xìn)号基本没(méi)有延迟,对于(yú)低空(kōng)高速飞行必(bì)备。

缺点:

1)发(fā)射、接受和天(tiān)线的产品质量良莠不齐,新手玩家选择(zé)困难;

2)易受到(dào)同频干扰,两个(gè)发(fā)射端的频(pín)率若接近(jìn)时,很有可能导致本机的(de)视频信号被(bèi)别人的图传(chuán)信号插入,导致飞机丢失;

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

4)飞行时安装连接天线(xiàn)、接收(shōu)端(duān)电池(chí)、显示器支架等过程(chéng)繁(fán)琐;

5)没有DVR(视频录(lù)制)功能的接收端无法实时(shí)回看视频,而(ér)有DVR功能(néng)的(de)接收端回看视频也较为不便(biàn);

6)模拟(nǐ)图传发(fā)射端通常安装在机身外,影响一体机的(de)美(měi)观;

7)玩(wán)家个人安(ān)装的图传天(tiān)线若安装不(bú)当,可能在有的飞(fēi)行姿态下会被机身遮挡,导致此时接(jiē)受信号欠佳,影(yǐng)响飞行安全;

8)视频带宽小,画质较(jiào)差,通(tōng)常分辨率在640*480,影响拍摄时的感观。

适(shì)应(yīng)人群:有一(yī)定(dìng)基础(chǔ),对(duì)穿越飞行等项(xiàng)目热衷的进阶玩家(jiā)

(2) 数字图传

现在(zài)厂商(shāng)所开发的(de)无(wú)人机套机通常都(dōu)搭(dā)载了(le)专用(yòng)的数字图传,它的视频(pín)传输方(fāng)式(shì)是通过2.4g或5.8g的数字信号进行(háng)。

优点:

1)使用方便,通常只需在遥控器上安装手机/平板(bǎn)电脑(nǎo)作为显示器即可(kě);

2)中高端产品的图像传输质量较高,分辨率(lǜ)可(kě)达(dá)720p甚至1080p;

3)中高端产品的传输距离亦可达2km,与普通模(mó)拟图(tú)传(chuán)相媲美(měi);

4)实时回看拍摄(shè)的照片(piàn)和视频方便;

5) 集成在机身内,可靠性较高,一体化设计较为美观(guān)。

缺点:

1) 中高端产品的价格昂(áng)贵(guì);

2) 低端产品的有效距(jù)离短(duǎn)和图像延迟问题非常(cháng)严(yán)重,影响飞行体验和远(yuǎn)距离飞行安全(quán);

3) 普通手机和平板电脑在没有配备遮光罩的情(qíng)况下,在室外环境(jìng)下飞行时,较低(dī)的屏幕亮度使得飞(fēi)手难以看清画面(miàn);

4) 限于厂商实力和研发(fā)成本,不同的数字图传对手机/平板作为显示器的兼容性没有充分验证,某(mǒu)些型号可能适配(pèi)较差。

适应(yīng)人(rén)群:新(xīn)手玩(wán)家,中高端数(shù)字图传亦可适应高端玩家要求,但对于穿(chuān)越(yuè)飞(fēi)行而言目(mù)前(qián)的数字图(tú)传延迟仍然(rán)较要实现(xiàn)航拍功能时需外(wài)接显示器或使用手机/平板电脑作为显示器(qì)。

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