近年來,無人機成為當下熱門行業,受到很多愛好者追捧。無人機各個關鍵部件在無人機系統中起著不同的作用。
飛行控制系統
無人機飛行控制系統是指能夠穩定無人機飛行姿態,并能控制無人機自主或半自主飛行的控制系統。它是無人機的大腦,是區別于航模的主要標志,簡稱飛控。
飛控的作用就是通過飛控板上的陀螺儀,對四軸飛行狀態進行快速調整。如發現四軸右邊力量大,無人機向左傾斜,那么就減弱右邊電流輸出。電機變慢、升力變小,自然就不再向左傾斜。如果沒有飛控系統,四軸飛行器就會因為安裝、外界干擾、零件之間的不一致等因素導致飛行力量不平衡,后果就是左右、上下胡亂翻滾,根本無法飛行。
工作過程大致如下:飛控系統實時采集各傳感器測量的飛行狀態數據、接收無線電測控終端傳輸的由地面測控站上行信道送來的控制命令及數據。飛控系統經過計算處理,輸出控制指令給執行機構,實現對無人機各種飛行模態的控制和對任務設備的管理;同時將無人機的狀態數據、發動機及機載電源系統、任務設備的工作狀態參數實時傳送給機載無線電數據終端,再經無線電下行信道發送回地面測控站。飛控系統的硬件主要包括:主控制模塊、信號調理及接口模塊、數據采集以及舵機驅動模塊等。
增穩云臺的功能
穩定平臺,用于增加相機的穩定性,對于任務設備來說非常重要。幾千米的高度上,出現幾分幾秒的誤差,實際距離就能相差幾十米。穩定平臺主要通過傳感器感知機身,利用電機驅動讓相機保持穩定的位置,減輕機身震動帶來的影響。云臺主要考察三個性能:增穩精度、兼容性和轉動范圍。如果是變焦相機,云臺的增穩精度則顯得更加重要。由于變焦相機經過長距離的變焦,一點點輕微的震動都會讓畫面抖動得很厲害。
現時的航拍云臺主要由無刷電機驅動,在水平、橫滾、俯仰三個軸向對相機進行增穩。云臺可搭載的攝影器材從小攝像頭到GoPro,再到微單/無反相機,甚至全畫幅單反以及專業級電影機都可以。攝影器材越大,云臺就越大,相應的機架也就越大。
云臺在實際工作時,是相機不動,機身動。空中拍攝時,無人機的機身不停地運動,云臺依然可以保相機鏡頭的位置,從而達到增穩的效果。
云臺的分類
目前市面上常見的云臺有:三軸增穩云臺、兩軸增穩云臺。
三軸穩定航拍云臺是現在主流航拍無人機采用的航拍防抖云臺,如:億航GhostDrone2.0、零度XPLORER、大疆Phantom3等無人機都使用了3軸航拍穩定器。其優點是保證航拍畫面的清晰度、穩定性;缺點則是工程造價高、耗電量大、續航時間短。
兩軸穩定航拍云臺是三軸穩定航拍云臺的縮減版。這種云臺被一些定位在低端產品的無人機企業大量采用,因為兩軸穩定器省去了垂直方向上的穩定補償,耗電少,成本低。大多用于航拍的無人機都是軸對稱的結構,而軸對稱結構能有效減輕無人機在垂直方向上的晃動。
無人機航拍云臺的耗電程度直接影響無人機續航能力。在云臺的電機耗電方面,有網友實際測試:在其它因素相同的情況下,不安裝航拍云臺,無人機飛行時間長達26分鐘;安裝航拍云臺后,無人機飛行時間降至18分鐘。
圖像傳輸系統
無人機圖像傳輸系統就是將處于飛行狀態的無人機所拍攝的畫面實時穩定地發送給地面接收設備。
整個圖傳工作過程大致如下(以數字圖傳為例):無人機上掛載的視頻拍攝裝置將采集的視頻信號傳輸到安裝在無人機上的圖傳信號發送器,然后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,再由接收系統通過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,操控者就能實時監控無人機航拍的圖像。
無人機的飛行范圍有限,如果超限,不僅遙控信號變差,實時高清圖傳也是個問題。圖像傳輸距離的遠近、圖像傳輸質量的好壞、圖像傳輸是否穩定等因素是衡量無人機圖傳性能的關鍵因素。圖像傳輸系統的性能也是區分無人機檔次的一個關鍵因素。
現有的圖傳主要有模擬和數字兩種。它主要由發射端、接收端和顯示端三部分組成。
模擬圖傳
早期的圖傳設備都采用模擬制式,其特點是:當圖傳發射端和接收端在一個頻段上時,可以接收畫面。
優點:
1)價格低廉。市面上的模擬圖傳發射和接受套裝通常在1000元以內;
2)可以同時接收多個視頻信號。模擬圖傳的發射端相當于廣播,只要接收端的頻率和發射端一致,就可以接收到視頻信號,選擇搭配不同的天線可呈現不同的接收效果;
3)工作距離較遠。以常用600mw圖傳發射為例,開闊地工作距離在2km以上;
4)信號微弱時也可判斷。在信號微弱時,也能勉強判斷飛機姿態。
缺點:
1)天線的質量良莠不齊,新手玩家選擇困難;
2)易受到同頻干擾,兩個發射端的頻率若接近時,很有可能導致本機的視頻信號被別人的圖傳信號插入,導致飛機丟失;
3)接線、安裝,調試需要一定經驗,對于新手而言增加操作的難度;
4)飛行時安裝天線、接收端電池、顯示器支架等過程繁瑣;
5)沒有DVR(視頻錄制)功能的接收端無法實時回看視頻,而有DVR功能的接收端回看視頻也較為不便;
6)模擬圖傳發射端通常安裝在機身外,影響一體機的美觀;
7)玩家個人安裝的圖傳天線若安裝不當,可能在有的飛行姿態下會被機身遮擋,導致此時接受信號欠佳,影響飛行安全;
8)視頻帶寬小,畫質較差,通常分辨率在640*480,影響拍攝時的感觀。
數字圖傳
廠商所開發的無人機套機通常都搭載了專用的數字圖傳,利用2.4g或5.8g的數字信號進行視頻傳輸。
優點:
1)使用方便,安裝在遙控器上的手機/平板電腦作為顯示器
2)中高端產品的圖像傳輸質量較高,分辨率可達720p甚至高達
3)中高端產品的傳輸距離亦可達2km,與普通模擬圖傳相媲美
4)實時回看拍攝的照片和視頻
5)可靠性較高,一體化設計較為美觀
缺點:
1)中高端產品的價格昂貴
2)低端產品的有效距離短,圖像延遲問題嚴重,影響飛行體驗
3)普通手機和平板電腦在沒有配備遮光罩的情況下,室外環境下飛行時,屏幕亮度較低,飛手難以看清畫面
4)限于廠商實力和研發成本,不同的數字圖傳對手機/平板作為顯示器的兼容性沒有充分驗證,某些型號可能適配較差。
適應人群:新手玩家。中高端數字圖傳亦可適應高端玩家的要求。對于穿越飛行而言,目前的數字圖傳仍然需要外接顯示器或手機/平板電腦。