無人機自動懸停的祕密
http://www.icpcw.com/Information/Tech/News/3244/324449_all.htm
- 2014-11-11 10:36:18
- 類型：原創
- 來源：電腦報
- 報紙編輯：徐遠志
- 作者：瘋狂博士
【電腦報在線】我們時常看到專業的無人機像蜻蜓一樣在半空懸停進行航拍，這些中高端的無人機爲什麼可以做到這一點？它是如何處理氣流的影響的？爲什麼我們自己玩的遙控飛機沒辦法做到自動懸停（一股微風一來就飄走了）？其中的奧祕就在於無人機上各種傳感器和自動控制系統。
我們時常看到專業的無人機像蜻蜓一樣在半空懸停進行航拍，這些中高端的無人機爲什麼可以做到這一點？它是如何處理氣流的影響的？爲什麼我們自己玩的遙控飛機沒辦法做到自動懸停（一股微風一來就飄走了）？其中的奧祕就在於無人機上各種傳感器和自動控制系統。
要想自動懸停，首先得知道自己的位置
專業無人機的飛控系統中都備有IMU（右上）和GPS（下）套件
我們知道，自動懸停的意思就是將無人機固定在預設的高度位置與水平位置上，其實也就是一組三維座標。不過，無人機是如何知道自己的位置的呢？其實說起來也很簡單，高度一般來說是通過超聲波傳感器（測量與地面的距離，比較少見）或者是氣壓計（高度會影響大氣壓的變化）來測量的，而水平位置的座標則由GPS模塊來確定。
當然，GPS也可以提供高度信息，但對於主流的無人機來說，更傾向於使用氣壓計，因爲低成本的GPS的數據刷新率太低，在高速運動的時候數據滯後會導致無人機高度跌落。
除了GPS模式來定位外，無人機還有一種“姿態模式”，依靠的是內部的IMU（慣性測量單元，實際上就是一組陀螺儀+加速度計傳感器）來識別自身的飛行狀態和相對位移。
智能調節系統消除外界干擾
通過各種傳感器知道自己的高度與水平位置之後，無人機要如何懸停在這個預設的位置上呢？這其實就是一套負反饋自動控制系統（意思就是偏離預設值就自動調整回來）。
以GPS模式爲例，當無人機受到外界影響，高度有升高或者降低的趨勢時，控制單元就調節馬達的功率進行反方向運動補償；如果無人機有被風橫向吹離懸停位置的趨勢，控制單元可以啓動側飛模式與之抵消——這些反應都是比較快的，只要外界影響不是大得離譜（專業多軸無人機一般抗四級風沒有問題），專業的無人機都可以應付，你所看到的就是它穩穩地定在那裏沒有動。
在天氣不是很好，GPS搜星困難的時候，姿態模式就派上用場了。依靠無人機內部的IMU單元，系統可以識別當前的飛行姿態，進行自動平衡補償，同樣可以實現高度和水平位置的鎖定。
無人機懸停精度如何？
淘寶上2000元級的無人機已經內置了GPS系統
一般來說，萬元以下的發燒玩家級無人機可以實現誤差在垂直0.8米、水平2.5米精度範圍內自動懸停，其他機型的懸停精度在產品參數表中都有標明。當然，這個級別的無人機也具備“專家模式”，你可以通過手動來進行高精度的微調。
2000元級的無人機也有帶GPS系統的機型，可以實現智能懸停，當然穩定性會比發燒級要差一些；800～1000元級別的機型，一般還是可以依靠IMU單元來實現懸停，精度和穩定度則更差一些；至於更入門的娛樂機型——就只能靠你靈巧的雙手來穩住了。
你知道嗎：GPS系統還能讓無人機自動返航
要是無人機飛出了遙控器的控制範圍怎麼辦？具備GPS系統的無人機可以根據衛星定位自動返航，而且還能預判現有電量是否夠返航，如果電量即將低於返航下限值，也會自動返航。
開天眼了
無人機圖傳這活兒是誰幹的？
@瘋狂博士
玩《戰地4》裏面的無人攻擊機時，無人機上攝像頭採集的圖像能夠實時顯示在電腦屏幕上，就好象自己在開飛機一樣，無論是攻擊還是操控飛機，都非常帶感。那現實中無人機航拍時的實時圖像，是怎麼顯示在操控者眼前的呢？這就不得不提到無人機的圖傳系統，無人機圈裏稱之爲FPV（第一人稱視角）系統。
專業的圖傳系統可實現1.7km/1080P 30fps傳輸
如圖所示，無人機上掛載的視頻拍攝裝置將採集的視頻信號傳輸到安裝在無人機上的圖傳信號發送器，然後由圖傳信號發送器的2.4GHz無線信號（市面上單賣的無人機圖傳套件有1.2GHz、2.4GHz、5.8GHz頻段可選，抗干擾能力、帶寬各有不同）傳送到地面的接收系統，由接收系統再通過HDMI傳輸到顯示設備上（顯示器或平板電視），或者是通過USB傳輸到手機與平板電腦上。由此，操控者就能實時地監控到無人機航拍的圖像。目前，專業的圖傳系統已經做到了在1.7km的距離下傳輸1080P/30fps的全高清視頻圖像。
航拍控制：同一系統的雙向控制
圖傳系統如果僅僅是實時監控無人機拍攝的畫面當然是不夠的。實際上，對於無人機航拍來說，要隨時能夠調整攝影機拍攝的角度以及焦距、光圈等拍攝參數纔是最重要的。而圖傳系統實際上也能完成這樣的任務。
以大疆的Lightbridge圖傳系統爲例，機載單元和地面單元通過2.4GHz無線信號連接後，地面的遙控器就能向無人機上的雲臺發送操作信號，從而實現拍攝角度、光圈等參數的調整，讓航拍真正地無拘無束。
另外，Lightbridge圖傳系統還能支持雙路輸出，也就是說一臺無人機上可以安裝兩套視頻拍攝設備，一套方便無人機操控手駕駛，另一套提供給雲臺手控制拍攝。
幾百元可以搞定一套基本的圖傳收發系統
淘寶上一般的5.8GHz圖傳收發套裝（可以直接搜索“FPV收發套裝”）也不過600元左右，當然攝像頭和顯示器要自己另配了，整個算下來也要千元左右了。要配這一套玩意，你的無人機也不能太低端，最好是載重能力在800g以上，畢竟還有一套視頻設備需要搭載，而且圖傳信號發送器也是要靠無人機電池供電的。
本文出自2014-11-10出版的《電腦報》2014年第44期 A.新聞週刊
(網站編輯：ChengJY)