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无人(rén)机(jī)关(guān)键(jiàn)部位解读

 

一、飞行控制系统

无人机飞行(háng)控(kòng)制系统是指能够稳定(dìng)无人机飞行姿态,并能控(kòng)制无人(rén)机自主或(huò)半(bàn)自主飞行的控制系统,是无(wú)人机的大脑,也是区别于航模的最主(zhǔ)要标志,简称飞控。

飞控的作用就(jiù)是通过飞控(kòng)板上的陀螺仪,对四轴飞(fēi)行状态进行快速调整(都是瞬(shùn)间的事,不(bú)要妄想用(yòng)人肉完(wán)成)。如(rú)发现右边力量大,向左倾(qīng)斜,那么就减弱右边电流输出,电机变(biàn)慢(màn)、升力变小(xiǎo),自(zì)然就不再向左倾斜。如果没有飞(fēi)控系统,四轴飞行器就会因为安装、外界干(gàn)扰、零件之间(jiān)的不一致等原因形成飞行力量不平(píng)衡,后果就是左右、上(shàng)下地胡乱翻滚,根本无法飞行。

工(gōng)作(zuò)过(guò)程大致如下:飞控系统实时采集各传感器(qì)测量的飞行(háng)状态数据、接收无线电测控终端(duān)传输的(de)由地面测(cè)控(kòng)站上行(háng)信道送来(lái)的(de)控(kòng)制命令及数据,经计算处理(lǐ),输出(chū)控制指令给(gěi)执行机构(gòu),实现对无人机中各(gè)种(zhǒng)飞(fēi)行(háng)模态的控制和对(duì)任务设备的(de)管理与控制;同时将(jiāng)无(wú)人机(jī)的(de)状态数据及发(fā)动(dòng)机、机载电源(yuán)系统(tǒng)、任(rèn)务设(shè)备(bèi)的工作(zuò)状态参数实时传送给机载无线电数据终端(duān),经无(wú)线电下行(háng)信(xìn)道(dào)发送(sòng)回地面测控站。飞控系统的硬件主要包括:主(zhǔ)控(kòng)制(zhì)模(mó)块、信号调理及(jí)接口(kǒu)模块、数据采集模块(kuài)以及舵机驱动模块等。

二、增稳云台

功能(néng):稳定平台,对于任务设备来说太重要了,是用(yòng)来给相(xiàng)机增稳的(de)部分,几(jǐ)千米的高度上(shàng)误差个几分几秒就能差出(chū)去几十米。它主要通过传(chuán)感器感知机身(shēn)的动作,通过电机驱(qū)动(dòng)让相机(jī)保持原来的(de)位置(zhì),抵消机身晃动或者(zhě)震动的(de)影响。云台主(zhǔ)要考察几个性(xìng)能:增稳精度(dù)、兼容性(一款云台能(néng)适配(pèi)几款相机和(hé)镜头)和(hé)转动范围(分为俯仰、横滚(gǔn)和旋转三个轴),如果(guǒ)遇到变焦(jiāo)相机,就更加考验云台的增稳精度了,因为经过长距离的变焦(jiāo),一点点轻微的震(zhèn)动都会让(ràng)画面抖动(dòng)得很(hěn)厉害。

现时的航拍云(yún)台主要由无刷电机驱动,在水平、横滚、俯(fǔ)仰三个轴向对(duì)相机进行增稳,可搭载(zǎi)的摄影(yǐng)器材从小摄像(xiàng)头到(dào)GoPro,再到微(wēi)单(dān)/无反相机,甚至全(quán)画(huà)幅(fú)单反以及专(zhuān)业(yè)级电影机都可以。摄(shè)影器材越大,云台(tái)就越大,相应的机(jī)架也就(jiù)越大。

分类:目前市(shì)面上常见的有三轴增稳云台和两轴增稳云台。

三轴稳定航拍云台是现在主流航拍无人机所采用的(de)航(háng)拍防抖云台,如:昆明劲鹰(yīng)无人机(jī),优点(diǎn)是对航(háng)拍时(shí)的画面有全方位的稳定,保证画面清晰稳定;而缺点是工程造价较(jiào)贵(guì),由于电(diàn)机控制(zhì),所以(yǐ)相(xiàng)对会耗电,降低(dī)航拍的续航时间。

两轴(zhóu)稳定航拍(pāi)云(yún)台其实(shí)是(shì)三轴稳(wěn)定航拍云台的缩减版,在市场上一些定位在低端(duān)产品的无人机所大量(liàng)采用,原因(yīn)是两轴(zhóu)稳(wěn)定器能(néng)够降低(dī)成本,省(shěng)去了垂(chuí)直(zhí)方向上的稳定补偿(cháng),对(duì)耗(hào)电也会有所帮(bāng)助。大(dà)多(duō)航拍用的无人机都是轴对称的结构,而轴对(duì)称结构在垂直方(fāng)向(xiàng)上的晃动(dòng)都不是太厉害。

无(wú)人机航拍云台上的耗电(diàn)是影响无人(rén)机飞(fēi)行(háng)的一大因素,在稳定云台(tái)的(de)电机(jī)耗电(diàn)上(shàng),有网友实际测(cè)试,在其他因素相同(tóng)的(de)情况(kuàng)下,在不(bú)安装航拍云(yún)台下(xià),飞行(háng)时间能够长达26分钟(zhōng),而安(ān)装(zhuāng)航拍云台后,飞行时间下降至18分钟,安装了云(yún)台后下降了30%的续航时间(jiān)。

三、图像传输系(xì)统

无(wú)人(rén)机图像(xiàng)传(chuán)输系统就是将天空中处于飞行状态的无人机(jī)所(suǒ)拍摄的画面实时稳定的发射给地面无(wú)线图(tú)传遥(yáo)控接收(shōu)设备(bèi)。

整个(gè)图传工作(zuò)过程大(dà)致如下(以数字图(tú)传为例):无人机上挂载的视频拍摄(shè)装(zhuāng)置将(jiāng)采集的视频信号(hào)传(chuán)输到安(ān)装在无人机上的图传信号发(fā)送(sòng)器,然后由图传信号发送器的2.4GHz无线信(xìn)号(市面上单卖的无人机图传(chuán)套件有1.2GHz、2.4GHz、5.8GHz频段可选,抗干扰能力(lì)、带宽各(gè)有不(bú)同)传送到地面的接(jiē)收(shōu)系(xì)统,由接收系(xì)统再通过(guò)HDMI传输到显示设备(bèi)上(显(xiǎn)示器(qì)或平(píng)板电视),或者是通过USB传输到手机与平板电脑上。由此,操控者就(jiù)能实时(shí)地监控到无(wú)人机航拍的图(tú)像。

无(wú)人机飞行范围有(yǒu)限(xiàn),过(guò)大会遥(yáo)控信号变差,同(tóng)时实时高清图传也(yě)是个问题。图像(xiàng)传输距离的远近,图像传输(shū)质量的好坏,图像传输的(de)稳(wěn)定性(xìng)等是衡量无人机图传(chuán)性能的关键因素。同时图像传输系统的性能是区分无(wú)人机档次(cì)的一(yī)个关键因素(sù)。

现有的图传主(zhǔ)要有模(mó)拟(nǐ)和数(shù)字两(liǎng)种(zhǒng),而其组成部分主(zhǔ)要由(yóu)发射端、接(jiē)收端和显示端三部分。

(1) 模拟图传

早期的(de)图传设(shè)备都采用的是模拟制式,它的特点是只要图传发射端和接收端工作在一个频(pín)段(duàn)上,就可以收到(dào)画面(miàn)。

优点:

1)价格低廉(lián),市面上的(de)模(mó)拟图传(chuán)发射和接受套装通(tōng)常(cháng)在1000元以(yǐ)内

2)可以多个接收同(tóng)时接收视频信号,模(mó)拟图(tú)传的发射端相(xiàng)当于广播,只要(yào)接收端的频(pín)率和发射端一致,就可以(yǐ)接收到视(shì)频信号,方便多人观看;选择较(jiào)多、搭配不(bú)同的天线可实现不同(tóng)的接收效果;

3)工作距离较远(yuǎn),以(yǐ)常用的600mw图(tú)传发(fā)射为例,开阔地工作距离在2km以上;

4)配合无(wú)信号时显(xiǎn)示雪花的显示屏,在信号微(wēi)弱时,也能勉强判断飞机姿(zī)态;

5)一(yī)体化的视(shì)频(pín)接(jiē)受及DVR(录像)和FPV专用视频眼镜(jìng)技术成熟,产(chǎn)品选择多;

6)视(shì)频信(xìn)号基本没(méi)有延迟(chí),对(duì)于低空高速飞行必备。

缺点:

1)发射、接受和天线的产品质量良(liáng)莠(yǒu)不齐(qí),新手玩家选(xuǎn)择困难;

2)易受到(dào)同频(pín)干扰(rǎo),两个发射端的频率(lǜ)若接近时,很有可能导致本机(jī)的视频信号被别(bié)人的图传(chuán)信号插入,导致飞机(jī)丢(diū)失;

3)接线、安装,调试(shì)需要一(yī)定(dìng)经(jīng)验,对于新手而言增(zēng)加(jiā)学(xué)习成本;

4)飞行(háng)时(shí)安装连接天线、接收端电池、显示器支架(jià)等(děng)过程繁(fán)琐(suǒ);

5)没有DVR(视频录(lù)制)功能(néng)的(de)接收端(duān)无法实时回看(kàn)视频,而(ér)有DVR功能(néng)的接收端回看视频也较(jiào)为不(bú)便;

6)模拟图传发射端通常安装在机身外,影(yǐng)响一(yī)体机的(de)美观;

7)玩家个人安装的图传天线若安(ān)装不当,可能在有的飞行姿(zī)态下(xià)会被机身遮挡,导致此时接受信号欠佳(jiā),影响(xiǎng)飞(fēi)行安全;

8)视频带(dài)宽小,画质较差,通常分辨率在(zài)640*480,影响拍(pāi)摄时的感观(guān)。

适应人群(qún):有一定基础,对穿越飞行等项目热衷的(de)进阶玩(wán)家

(2) 数(shù)字图(tú)传

现在厂商所开发的无人机套机通常都搭载了专用的数字图传,它的视频传输方式是通过(guò)2.4g或5.8g的数字(zì)信(xìn)号进(jìn)行(háng)。

优点(diǎn):

1)使用方便,通常只需在(zài)遥(yáo)控器上(shàng)安装手机/平板电(diàn)脑作为显示(shì)器即可;

2)中高端产品(pǐn)的图像传(chuán)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,与普通模拟图传相媲(pì)美;

4)实时回(huí)看(kàn)拍摄的照片和视频方(fāng)便;

5) 集成在机身内,可靠性较高,一体化设计(jì)较为美观。

缺点(diǎn):

1) 中高端产品的价格昂贵;

2) 低端产品(pǐn)的有效距离短(duǎn)和图像(xiàng)延迟问题非(fēi)常严(yán)重,影(yǐng)响飞(fēi)行体验和远距离飞行安全;

3) 普通手机和平板电(diàn)脑(nǎo)在没有配备遮光罩的情况下(xià),在(zài)室外环境下飞(fēi)行时,较低的屏幕亮度使得飞手难(nán)以看清画(huà)面;

4) 限(xiàn)于厂商(shāng)实力和研发(fā)成本,不同的数字图传对(duì)手机/平(píng)板作(zuò)为显示(shì)器的兼容性(xìng)没有充分验证,某(mǒu)些型号可能(néng)适配较差(chà)。

适应(yīng)人群:新手玩家(jiā),中(zhōng)高端数字图(tú)传亦可适应(yīng)高(gāo)端玩家要求(qiú),但对于(yú)穿(chuān)越飞行而言目前的数字图传延(yán)迟仍(réng)然较要实现航拍功能时(shí)需(xū)外接显(xiǎn)示器或使用手机/平板电脑作为显示器(qì)。

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