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【转载】民用无人机(UAV)为什么能自动悬停?

作者:未知来源:网络收集 整理日期:2020-04-21
推荐指数: 点击:1318   文字大小: 加入收藏夹


来源:电脑报
作者:疯狂博士

无人机像蜻蜓一样在半空悬停进行航拍,这些中高端的无人机为什么可以做到这一点?它是如何处理气流的影响的?为什么我们自己玩的遥控飞机没办法做到自动悬停(一股微风一来就飘走了)?其中的奥秘就在于无人机上各种传感器和自动控制系统。
【转载】民用无人机(UAV)为什么能自动悬停?

要想自动悬停,首先得知道自己的位置


专业无人机的飞控系统中都备有IMU(右上)和GPS(下)套件

我们知道,自动悬停的意思就是将无人机固定在预设的高度位置与水平位置上,其实也就是一组三维座标。不过,无人机是如何知道自己的位置的呢?其实说起来也很简单,高度一般来说是通过超声波传感器(测量与地面的距离,比较少见)或者是气压计(高度会影响大气压的变化)来测量的,而水平位置的座标则由GPS模块来确定。

当然,GPS也可以提供高度信息,但对于主流的无人机来说,更倾向于使用气压计,因为低成本的GPS的数据刷新率太低,在高速运动的时候数据滞后会导致无人机高度跌落。

除了GPS模式来定位外,无人机还有一种“姿态模式”,依靠的是内部的IMU(惯性测量单元,实际上就是一组陀螺仪+加速度计传感器)来识别自身的飞行状态和相对位移。


智能调节系统消除外界干扰


通过各种传感器知道自己的高度与水平位置之后,无人机要如何悬停在这个预设的位置上呢?这其实就是一套负反馈自动控制系统(意思就是偏离预设值就自动调整回来)。

以GPS模式为例,当无人机受到外界影响,高度有升高或者降低的趋势时,控制单元就调节马达的功率进行反方向运动补偿;如果无人机有被风横向吹离悬停位置的趋势,控制单元可以启动侧飞模式与之抵消——这些反应都是比较快的,只要外界影响不是大得离谱(专业多轴无人机一般抗四级风没有问题),专业的无人机都可以应付,你所看到的就是它稳稳地定在那里没有动。

在天气不是很好,GPS搜星困难的时候,姿态模式就派上用场了。依靠无人机内部的IMU单元,系统可以识别当前的飞行姿态,进行自动平衡补偿,同样可以实现高度和水平位置的锁定。


无人机悬停精度如何?

2000元级的无人机已经内置了GPS系统,一般来说,万元以下的发烧玩家级无人机可以实现误差在垂直0.8米、水平2.5米精度范围内自动悬停,其他机型的悬停精度在产品参数表中都有标明。当然,这个级别的无人机也具备“专家模式”,你可以通过手动来进行高精度的微调。

2000元级的无人机也有带GPS系统的机型,可以实现智能悬停,当然稳定性会比发烧级要差一些;800~1000元级别的机型,一般还是可以依靠IMU单元来实现悬停,精度和稳定度则更差一些;至于更入门的娱乐机型——就只能靠你灵巧的双手来稳住了。


GPS系统还能让无人机自动返航


要是无人机飞出了遥控器的控制范围怎么办?具备GPS系统的无人机可以根据卫星定位自动返航,而且还能预判现有电量是否够返航,如果电量即将低于返航下限值,也会自动返航。

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