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无人机关键部位解读

 

一(yī)、飞行控制系统

无人机飞(fēi)行控(kòng)制系统是指能够稳(wěn)定无人(rén)机飞行(háng)姿态,并能控制无(wú)人机自主或半自主飞行(háng)的控制系(xì)统,是无人机的大脑,也是区(qū)别于航模的最主要(yào)标志,简称飞控。

飞(fēi)控(kòng)的作用就是通过(guò)飞控板上的陀螺仪,对四(sì)轴飞(fēi)行状态进行快速调整(zhěng)(都是瞬间的事,不要妄想用人肉(ròu)完成)。如(rú)发现(xiàn)右边力量大,向左(zuǒ)倾斜,那么就减弱右边(biān)电流输出,电(diàn)机变(biàn)慢、升(shēng)力变小,自然就不再向左倾斜。如果没有飞控(kòng)系统(tǒng),四轴飞行器(qì)就会因(yīn)为安装、外界干扰、零件(jiàn)之间的不一致等原因形(xíng)成飞(fēi)行力(lì)量不平衡(héng),后果就是左右、上(shàng)下地胡乱翻滚,根(gēn)本无法飞行。

工作过程大致(zhì)如(rú)下:飞控系统实时采集各传感器测(cè)量的飞(fēi)行状态数(shù)据、接收无(wú)线电测控终端传输的由地面测控站上(shàng)行(háng)信(xìn)道送来的控制命令及数据,经计(jì)算处理,输(shū)出控(kòng)制指(zhǐ)令给执(zhí)行机(jī)构,实现(xiàn)对无人机中各种(zhǒng)飞行模(mó)态的控制和对任务(wù)设备的(de)管(guǎn)理(lǐ)与控制;同时将无人机的状态数(shù)据(jù)及发动机、机载电源系统、任务设备的(de)工(gōng)作状态参数实时传送给机载无线电数据终端,经无线电下行信(xìn)道发送回地面(miàn)测控站(zhàn)。飞控系统的硬件主要包括:主控制模块、信号调理及接口模块、数据采集(jí)模块以及舵机驱(qū)动模块等。

二、增稳云台

功能:稳定平台(tái),对于任务设备来说(shuō)太重要了(le),是用来给相机(jī)增稳(wěn)的(de)部分,几千米的高度上误(wù)差个几(jǐ)分(fèn)几秒(miǎo)就(jiù)能差出去几十米。它主(zhǔ)要通(tōng)过传感器感知机身的(de)动(dòng)作,通过电机驱动让相机保持原来的位置,抵消机身晃动或者震动的影响。云台主(zhǔ)要考察几个(gè)性能:增稳精(jīng)度、兼(jiān)容性(一款云台能适配几款相机和镜(jìng)头)和转动范(fàn)围(分(fèn)为俯(fǔ)仰、横滚和旋转三个轴(zhóu)),如果遇到(dào)变焦(jiāo)相机,就更加(jiā)考验云台的(de)增稳精(jīng)度了,因(yīn)为经过长距离的变焦,一点(diǎn)点轻微的震动都(dōu)会让画面抖动得很厉害。

现时的航(háng)拍云台主要由无刷电机驱动,在水(shuǐ)平、横滚(gǔn)、俯仰三个轴向对相机进行增(zēng)稳,可搭载的摄影(yǐng)器材(cái)从小摄(shè)像头到GoPro,再到微单/无反相(xiàng)机,甚至全画幅单反以及(jí)专业级电影机都可以(yǐ)。摄影器材越大,云台就越大,相应的机(jī)架也就(jiù)越大(dà)。

分类:目前市面上常见的有三轴增稳云台和两轴增稳云台。

三轴稳(wěn)定航拍云台是现在主流航拍无人机(jī)所采用的航拍防抖(dǒu)云台,如:昆明劲鹰(yīng)无人(rén)机,优点是对航拍时的画面(miàn)有(yǒu)全方位的稳定,保证画面清晰稳定(dìng);而(ér)缺点是(shì)工程造价较(jiào)贵,由于电机控制,所以相对会耗电(diàn),降低航拍的续航时间。

两轴稳定航拍(pāi)云台其实(shí)是三(sān)轴(zhóu)稳定(dìng)航(háng)拍云台的缩减版,在市场上一些定(dìng)位在(zài)低端产品(pǐn)的(de)无人(rén)机所大(dà)量采用(yòng),原因是两(liǎng)轴稳定器能够降低(dī)成本(běn),省去了垂直方向上的稳定补(bǔ)偿(cháng),对耗电也会有(yǒu)所帮助。大多航拍用的无(wú)人机都是轴对称的结构,而轴对(duì)称结构在垂直(zhí)方向(xiàng)上(shàng)的晃动都不是太厉害。

无人机航拍云(yún)台上的耗电(diàn)是影响(xiǎng)无人机飞行的一大因素,在稳定云台(tái)的电机耗电上,有网友实际测试,在其他因素(sù)相同的(de)情(qíng)况(kuàng)下,在不安装(zhuāng)航(háng)拍云台下,飞(fēi)行时间能够长达26分钟,而安装航拍云台后,飞行时间下降至18分钟,安装了云台后下降了30%的(de)续航(háng)时间。

三、图像传输(shū)系(xì)统

无人(rén)机图像传输系统就是将天空中处于飞行状态的(de)无人机(jī)所拍摄的画面实时稳定的发射给地面无线图传遥控接收设备。

整个图传工作过程大致如下(以(yǐ)数字图传为例):无人机上挂载的视频拍摄装置将采集(jí)的视频信号传输(shū)到安(ān)装在无人(rén)机上的图传信号发送器,然后(hòu)由图传信号发送器的(de)2.4GHz无线信号(hào)(市面上单卖的(de)无人机图传套(tào)件有1.2GHz、2.4GHz、5.8GHz频段可选,抗干扰能(néng)力、带宽各(gè)有不同)传送(sòng)到地面的接收系统,由(yóu)接收系统再通过HDMI传输(shū)到(dào)显示设备上(shàng)(显示器或平(píng)板(bǎn)电视),或(huò)者是(shì)通过USB传(chuán)输到(dào)手机(jī)与平板(bǎn)电脑上。由此,操(cāo)控者(zhě)就能实时地监控(kòng)到无人机航拍的图像。

无人(rén)机飞(fēi)行范围有限,过大会遥控信号(hào)变差,同时实时高清图传也是个(gè)问题。图(tú)像传输(shū)距(jù)离的(de)远(yuǎn)近(jìn),图像传输(shū)质(zhì)量的好坏(huài),图像(xiàng)传输的稳定性等是衡量(liàng)无(wú)人机图传性能(néng)的(de)关键(jiàn)因素。同时图像传输系统的性能是区分无人机档次(cì)的(de)一(yī)个(gè)关键因素(sù)。

现(xiàn)有的图传主要有模拟和数字两种,而其组成部(bù)分主要由发射端、接收端和(hé)显示端(duān)三部分。

(1) 模拟图传

早(zǎo)期(qī)的图(tú)传设备都采用的(de)是(shì)模拟制式,它的特点(diǎn)是只(zhī)要图传(chuán)发(fā)射端和接收端工作在一个频(pín)段上(shàng),就可以收到画面。

优点:

1)价格低廉,市面上的模(mó)拟(nǐ)图传发(fā)射和接受套(tào)装(zhuāng)通常在1000元以内(nèi)

2)可以多个接收同时接收视频信号,模拟图传的发射端(duān)相当(dāng)于广播,只要接收端的频率和(hé)发射端一致,就(jiù)可以接收到视频信号(hào),方便多(duō)人观看;选择(zé)较多(duō)、搭(dā)配不同的天线可实(shí)现不同的接(jiē)收效果;

3)工作距离较远,以(yǐ)常用的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)信号时显示雪花的显示屏,在信号微弱时(shí),也能勉强判(pàn)断飞机姿态;

5)一体化的视(shì)频(pín)接受及DVR(录像)和FPV专用视频(pín)眼镜(jìng)技术成熟(shú),产品选择多;

6)视频信号基本没(méi)有延(yán)迟,对(duì)于低(dī)空高速飞行(háng)必备。

缺点:

1)发射、接受和天线的产品(pǐn)质量良莠不齐,新手玩(wán)家选择困(kùn)难;

2)易受到同频干扰,两个(gè)发射(shè)端的频率若接(jiē)近时,很有可能导致(zhì)本机的视频信号被别人(rén)的图(tú)传信号插入,导致飞机丢失;

3)接(jiē)线、安(ān)装,调试(shì)需要一定经(jīng)验,对于新手而言增加学习成本;

4)飞行时安装连接天线、接(jiē)收端(duān)电池、显示器支架等过程繁琐;

5)没有DVR(视(shì)频录制)功能的接收端(duān)无(wú)法实时回看视频,而有DVR功能(néng)的接(jiē)收端回看视频(pín)也较为不便;

6)模拟图传发射(shè)端通常安装在(zài)机身外(wài),影响一(yī)体机的美观(guān);

7)玩家个人安装的图传天线若安装不(bú)当,可能在有的飞行姿态下(xià)会被(bèi)机身遮挡,导(dǎo)致(zhì)此(cǐ)时接(jiē)受信号欠(qiàn)佳,影(yǐng)响飞行(háng)安全;

8)视(shì)频带(dài)宽小,画质较(jiào)差,通(tōng)常分辨(biàn)率在640*480,影响拍摄时的感观。

适(shì)应(yīng)人群:有一定基础,对穿越(yuè)飞行等项目热衷的进(jìn)阶玩家

(2) 数字(zì)图传

现在厂商(shāng)所开(kāi)发的无人机套机通常都(dōu)搭载了专用的数字图传,它的视(shì)频传输(shū)方(fāng)式是通过2.4g或(huò)5.8g的数(shù)字信号进行。

优点:

1)使用(yòng)方便,通常只需在遥控器上(shàng)安装手(shǒu)机/平板电脑(nǎo)作为显示器(qì)即可;

2)中(zhōng)高端产品的图像传输质量较高,分辨率可达720p甚至1080p;

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

4)实时回看拍摄的(de)照(zhào)片和视频方(fāng)便;

5) 集成在机身(shēn)内,可靠性较高,一体化设(shè)计(jì)较为美观。

缺点:

1) 中高端产(chǎn)品的价格昂贵;

2) 低端产品的有(yǒu)效距离短和(hé)图像延迟问题(tí)非常严重,影响飞行体验和远距离飞行安全;

3) 普通(tōng)手机和平板电脑在(zài)没有配备遮光罩的情况下,在室外环境下飞行(háng)时,较低的屏幕(mù)亮(liàng)度使得飞手难以看(kàn)清画(huà)面;

4) 限(xiàn)于厂商实力和研发成本,不同(tóng)的数字图(tú)传对手(shǒu)机/平板作(zuò)为显(xiǎn)示(shì)器的兼容性没(méi)有充(chōng)分验证(zhèng),某些型号可能适(shì)配较差。

适(shì)应人群:新(xīn)手玩(wán)家,中高端数字图传亦可适应高端(duān)玩家要求,但对于(yú)穿越飞(fēi)行而言目前(qián)的数字图传延迟仍然较要实现航拍功能时需外(wài)接显(xiǎn)示器(qì)或使用手机/平板电脑作为显示器。

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