“無人”的翱翔 無人機(jī)解密

技術(shù)宅

圓通測(cè)試無人機(jī)送貨

認(rèn)識(shí)無人機(jī)

無人機(jī)并非現(xiàn)在才有，早在戰(zhàn)爭(zhēng)中就曾有大量無人機(jī)出色的出現(xiàn)，電影中也不乏它的身影，只不過隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)在無人機(jī)在民用領(lǐng)域里也開始嶄露頭角。現(xiàn)在無論是婚禮拍攝、高空攝影都經(jīng)?？梢钥吹綗o人機(jī)的身影（圖2）。

大疆Phantom2Vision+無人機(jī)

形狀各異的無人機(jī)

什么是無人機(jī)？無人機(jī)是一種由無線遙控設(shè)備或自身程序控制裝置操縱的無人駕駛飛行器。對(duì)于民用無人機(jī)來說，它和我們常見的航模非常類似（不過功能更豐富），也是一款通過地面控制系統(tǒng)無線遙控的飛行器，因此它的形狀可能和實(shí)際飛機(jī)不同，它的最大特色就是“無人駕駛”（圖3）。

走進(jìn)無人機(jī)的大腦——認(rèn)識(shí)飛控系統(tǒng)

如上所述，無人機(jī)的特色主要就在于無人駕駛。不過無人駕駛并不意味著無人操控，無人機(jī)的核心其實(shí)就是其中的飛控系統(tǒng)，正是后臺(tái)飛控系統(tǒng)的存在，才可以讓無人機(jī)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)飛行和數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)瘸Ｒ姽δ?。無人機(jī)的飛控系統(tǒng)實(shí)際上就是一臺(tái)微型電腦，由于無人機(jī)的體型都較小，因此大多使用的是嵌入式的操作系統(tǒng)。其中的處理核心（微型處理器）則是嵌入式芯片，如目前采用率較高的是德州儀器的TMS320 LF2407芯片，它的外形就和我們常見的CPU相似（圖4）。

無人機(jī)目前廣泛使用的TMS320 LF2407芯片

因?yàn)槭乔度胧较到y(tǒng)，因此無人機(jī)的飛控系統(tǒng)和我們常用的手機(jī)系統(tǒng)很類似，是由一塊高集成的SOC基板組成，集成了Micro SD（用于SD卡存儲(chǔ)）、USB接口（用于本地?cái)?shù)據(jù)傳輸）、GPS導(dǎo)航（用于空中導(dǎo)航）、紅外攝像機(jī)、無線攝像頭（用于航拍）、2.4GHz無線模塊（用于空中和地面數(shù)據(jù)傳輸）、陀螺儀（用于定位）等常用的組件（圖5）。

地空對(duì)話——無人機(jī)的操控

由于無人機(jī)是在空中飛行，我們需要在地面對(duì)其操控。在無人機(jī)民用方面，我們接觸到最多的則是其中的導(dǎo)航和圖傳系統(tǒng)。比如在汪峰的求婚現(xiàn)場(chǎng)，要讓無人機(jī)托著戒指飛到指定位置，操作者就要使用無人機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)好路線。無人機(jī)一般使用慣性導(dǎo)航（通過內(nèi)嵌系統(tǒng)集成的加速度計(jì)和水平陀螺、垂直陀螺來實(shí)現(xiàn)）和GPS導(dǎo)航實(shí)現(xiàn)。它的功能其實(shí)和我們?nèi)粘Ｊ褂玫钠噷?dǎo)航非常類似（只不過無人機(jī)是在空中飛行），我們只要在飛控系統(tǒng)中先定位好目標(biāo)坐標(biāo)位置，然后設(shè)計(jì)好飛行路線，這樣無人機(jī)就能按照指定的路線飛行到目標(biāo)的身邊了。

無人機(jī)另外一個(gè)重要作用是航拍，在飛行指定區(qū)域后，無人機(jī)上的攝像系統(tǒng)就會(huì)開始工作。因?yàn)闊o人機(jī)是在空中飛行，因此拍攝的數(shù)據(jù)還要傳輸?shù)降孛娼邮斩恕＿@里空地?cái)?shù)據(jù)傳輸大多使用的是2.4GHz無線傳輸方式。2.4GHz無線連接并不是什么新技術(shù)，我們平時(shí)使用的很多無線鼠標(biāo)就是使用這種技術(shù)實(shí)現(xiàn)。只要發(fā)射端和接收端都有2.4Gz無線模塊，它們之間就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。

在圖傳系統(tǒng)中，無人機(jī)上配備一個(gè)機(jī)載的圖傳信號(hào)發(fā)射器，當(dāng)無人機(jī)在空中開始拍攝的時(shí)候，它采集到的視頻（圖像）等信號(hào)就會(huì)傳輸?shù)綑C(jī)載的圖傳信號(hào)發(fā)送器，發(fā)送器通過發(fā)射2.4GHz無線信號(hào)的方式傳輸數(shù)據(jù)。這樣當(dāng)?shù)孛娴膱D傳信號(hào)接收系統(tǒng)收到2.4GHz無線信號(hào)后，它會(huì)自動(dòng)以無線連接的方式和機(jī)載的圖傳信號(hào)發(fā)射器連接，讀取其中的視頻信息。接著地面的圖傳信號(hào)接收系統(tǒng)再通過HDMI、USB和筆記本、顯示器等連接，這樣我們?cè)陔娔X上就可以實(shí)時(shí)收到無人機(jī)拍攝的視頻了（圖6）。

圖傳系統(tǒng)如果僅僅是實(shí)時(shí)監(jiān)控?zé)o人機(jī)拍攝的畫面當(dāng)然是不夠的，在實(shí)際操作中我們還經(jīng)常要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)拍攝系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整?，F(xiàn)在很多無人機(jī)地面操控系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)無人機(jī)的拍攝角度、焦距、光圈等進(jìn)行調(diào)整，這個(gè)遙控操作同樣主要借助2.4GHz無線模塊實(shí)現(xiàn)。當(dāng)?shù)孛嫦到y(tǒng)通過2.4GHz無線信號(hào)和機(jī)載控制單元連接后，地面的遙控器就能向無人機(jī)上的云臺(tái)發(fā)送操作信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)各種拍攝狀態(tài)的調(diào)整。

科技離我們并不遙遠(yuǎn)——無人機(jī)與我們的生活

無人機(jī)由于可以實(shí)現(xiàn)在高空無人飛行，并且可以通過地面人員的操作實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的飛行和降落，因此在日常生活中，無人機(jī)可以給我們帶來很多的便利。對(duì)于有一定經(jīng)濟(jì)實(shí)力且喜歡攝影的朋友，他們可以通過購買無人機(jī)實(shí)現(xiàn)之前無法實(shí)現(xiàn)的航拍。只要在無人機(jī)上配備好攝像機(jī)（或照相機(jī)），然后將無人機(jī)飛到需要拍攝的空域，這樣在地面就可以輕松獲得無人機(jī)航拍的照片（圖7）。

當(dāng)然，也許你沒有實(shí)力買架無人機(jī)，但是隨著無人機(jī)的普及，每個(gè)人都可以享受到無人機(jī)帶給我們的便利。像對(duì)于喜愛網(wǎng)購的用戶，現(xiàn)在國內(nèi)的圓通、順風(fēng)快遞已經(jīng)在試驗(yàn)使用無人機(jī)送貨。在不遠(yuǎn)的將來，只要你在網(wǎng)站下單，不一會(huì)兒快遞的無人機(jī)就會(huì)將你訂購的貨物送到你面前，這樣高效的購物體驗(yàn)是不是覺得很爽（圖8）？

總之，隨著科技的發(fā)展，無人機(jī)一定會(huì)越來越貼近普通人的生活。你可能不會(huì)擁有一臺(tái)無人機(jī)，但是你一定會(huì)享受到無人機(jī)帶來的服務(wù)。不過對(duì)于喜歡航拍的朋友（當(dāng)然包括使用無人機(jī)派送的物流公司）要注意，現(xiàn)階段我國對(duì)航空管制要求非常嚴(yán)格，在使用無人機(jī)時(shí)，一是要注意航空管制的空域（前段時(shí)間某測(cè)繪公司在北京未經(jīng)審批的航拍活動(dòng)就干擾了正常的民航與空軍航線，造成大量社會(huì)資源的浪費(fèi)），二是民用無人機(jī)活動(dòng)中使用無線電頻率、無線電設(shè)備應(yīng)當(dāng)遵守國家無線電管理法規(guī)和規(guī)定，且不得對(duì)航空無線電頻率造成有害干擾。