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无人机关键技术解读

近年来，无人机成为当下热门行业，推动中国科学院科研院所研究成果的转化受到很多爱好者追捧。无人机各个关键部件在无人机系统中起着不同的作用。 近年来，无人机成为当下热门行业，受到很多爱好者追捧。无人机各个关键部件在无人机系统中起着不同的作用。

飞行控制系统

无人机飞行控制系统是指能够稳定无人机飞行姿态，并能控制无人机自主或半自主飞行的控制系统。它是无人机的大脑，是区别于航模的主要标志，简称飞控。

薄膜电容

飞控的作用就是通过飞控板上的陀螺仪，对四轴飞行状态进行快速调整。如发现四轴右边力量大，无人机向左倾斜，那么就减弱右边电流输出。电机变慢、升力变小纸箱机，自然就不再向左倾斜。如果没有飞控系统，四轴飞行器就会因为安装、外界干扰、零件之间的不一致等因素导致飞行力量不平衡，后果就是左右、上下胡乱翻滚，根本无法飞行。

工作过程大致如下：飞控系统实时采集各传感器测量的飞行状态数据、接收无线电测控终端传输的由地面测控站上行信道送来的控制命令及数据。飞控系统经过计算处理，输出控制指令给执行机构，实现对无人机各种飞行模态的控制和对任务设备的管理;同时将无人机的状态数据、发动机及机载电源系统、任务设备的工作状态参数实时传送给机载无线电数据终端，再经无线电下行信道发送回地面测控站。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、数据采集以及舵机驱动模块等。

增稳云台的功能

稳定平台，用于增加相机的稳定性，对于任务设备来说非常重要。几千米的高度上，出现几分几秒的误差，实际距离就能相差几十米。稳定平台主要通过传感器感知机身，利用电机驱动让相机保持稳定的位置，减轻机身震动带来的影响。云台主要考察三个性能：增稳精度、兼容性和转动范围。如果是变焦相机，云台的增稳精度则显得更加重要。由于变焦相机经过长距离的变焦，一点点轻微的震动都会让画面抖动得很厉害。

现时的航拍云台主要由无刷电机驱动，在水平、横滚、俯仰三个轴向对相机进行增稳。云台可搭载的摄影器材从小摄像头到GoPro，再到微单/无反相机，甚至全画幅单反以及专业级电影机都可以。摄影器材越大，云台就越大，相应的机架也就越大。

云台在实际工作时，是相机不动，机身动。空中拍摄时，无人机的机身不停地运动，云台依然可以保相机镜头的位置，从而达到增稳的效果。

云台的分类

目前市面上常见的云台有：三轴增稳云台、两轴增稳云台。

三轴稳自动构成报表定航拍云台是现在主流航拍无人机采用的航拍防抖云台，如：亿航GhostDrone2.0、零度XPLORER、大疆Phantom3等无人机都使用了3轴航拍稳定器。其优点是保证航拍画面的清晰度、稳定性;缺点则是工程造价高、耗电量大、续航时间短。

两轴稳定航拍云台是三轴稳定航拍云台的缩减版。这种云台被一些定位在低端产品的无人机企业大量采用，因为两轴稳定器固体表面省去了垂直方向上的稳定补偿，耗电少，成本低。大多用于航拍的无人机都是轴对称的结构，而轴对称结构能有效减轻无人机在垂直方向上的晃动。

无人机航拍云台的耗电程度直接影响无人机续航能力。在云台的电机耗电方面，有友实际测试：在其它因素相同的情况下，不安装航拍云台，无人机飞行时间长达26分钟；安装航拍云台后，无人机飞行时间降至18分钟。

图像传输系统

无人机图像传输系统就是将处于飞行状态的无人机所拍摄的画面实时稳定地发送给地面接收设备。

整个图传工作过程大致如下（以数字图传为例）：无人机上挂载的视频拍摄装置将采集的视频信号传输到安装在无人机上的图传信号发送器，然后由图传信号发送器的2.4GHz无线信号（市面上单卖的无人机图传套件有1.2GHz、2.4GHz、5.8GHz频段可选，抗干扰能力、带宽各有不同）传送到地面的接收系统，再由接收系统通过HDMI传输到显示设备上（显示器或平板电视），或者是通过USB传输到与平板电脑上。由此，操控者就能实时监控无人机航拍的图像。

无人机的飞行范围有限，如果超限，不仅遥控信号变差，实时高清图传也是个问题。图像传输距离的远近、图像传输质量的好坏、图像传输是否稳定等因素是衡量无人机图传性能的关键因素。图像传输系统的性能也是区分无人机档次的一个关键因素。

现有的图传主要有模拟和数字两种。它主要由发射端、接收端和显示端三部分组成。

模拟图传

早期的图传设备都采用模拟制式，其特点是：当图传发射端和接收端在一个频段上时，可以接收画面。

优点：

1）价格低廉。市面上的模拟图传发射和接受套装通常在1000元以内；

2）可以同时接收多个视频信号。模拟图传的发射端相当于广播，只要接收端的频率和发射端一致，就可以接收到视频信号，选择搭配不同的天线可呈现不同的接收效果；

3之前收紧的限产政策随之也适时调剂）工作距离较远。以常用600mw图传发射为例，开阔地工作距离在2km以上；

4）信号微弱时也可判断。在信号微弱时，也能勉强判断飞机姿态。

缺点：

1）天线的质量良莠不齐，新手玩家选择困难；

2）易受到同频干扰，两个发射端的频率若接近时，很有可能导致本机的视频信号被别人的图传信号插入，导致飞机丢失；

3）接线、安装，调试需要一定经验，对于新手而言增加操作的难度；

4）飞行时安装天线、接收端电池、显示器支架等过程繁琐；

5）没有DVR(视频录制)功能的接收端无法实时回看视频，而有DVR功能的接收端回看视频也较为不便；

6）模拟图传发射端通常安装在机身外，影响一体机的美观；

7）玩家个人安装蒸汽阀的图传天线若安装不当，可能在有的飞行姿态下会被机身遮挡，导致此时接受信号欠佳，影响飞行安全；

8）视频带宽小，画质较差，通常分辨率在640*480，影响拍摄时的感观。

数字图传

厂商所开发的无人机套机通常都搭载了专用的数字图传，利用2.4g或5.8g的数字信号进行视频传输。

优点：

1）使用方便，安装在遥制作很精美控器上的/平板电脑作为显示器

2）中高端产品的图像传输质量较高，分辨率可达720p甚至高达

3）中高端产品的传输距离亦可达2km，与普通模拟图传相媲美

4）实时回看拍摄的照片和视频

5）可靠性较高，一体化设计较为美观

缺点：

1）中高端产品的价格昂贵

2）低端产品的有效距离短，图像延迟问题严重，影响飞行体验

3）普通和平板电脑在没有配备遮光罩的情况下，室外环境下飞行时，屏幕亮度较低，飞手难以看清画面

4）限于厂商实力和研发成本，不同的数字图传对/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。中高端数字图传亦可适应高端玩家的要求。对于穿越飞行而言，目前的数字图传仍然需要外接显示器或/平板电脑。

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