无人机地面站与航迹规划的研究

无人机地面站

无人机地面站 地面站作为整个无人机系统的作战指挥中心，其控制内容包括 :飞行器的飞行过程，飞 行航迹，有效载荷的任务功能，通讯链路的正常工作，以及飞行器的发射和回收。 中文名：无人机地面站 外文名： UAV ground station 目录 概述 地面站的配置和功能概述 ?地面站的典型配置 ?地面站的典型功能 关键技术及典型解决方案 ?友好的人机界面 ?操作员的培训 ?一站多机的控制 ?开放性、互用性与公共性 ?地面站对总线的需求 ?可靠的数据链 无人机地面站发展的趋势 概述 近20 年来，无人机己发展成集侦察、攻击于一体，而未来的无人机还将具有全 自主完成远程打击甚至空空作战任务的攻击能力。同时，与无人机发展相匹配的地面 控制站 （GCS:Ground Control Station)将具有包括任务规划、数字地图、卫星数据链、图像处理 能力在内的，集控制、瞄准、通信、处理于一体的综合能力。未来地面站的功能将更为强大：不仅能控制同一型号的无人机群，还能控制不同型号无人机的联合机群。地面站系统具有开 放性和兼容性，即不必进行现有系统的重新设计和更换就可以在地面控制站中通过增加新的 功能模块实现功能扩展，相同的硬件和软件模块可用于不同的地面站。 地面站作为整个无人机系统的作战指挥中心，其控制内容包括：飞行器的飞行过程、飞行航迹、有效载荷的任务功能、通讯链路的正常工作，以及飞行器的发射和回收。GCS除了完成基本的飞行与任务控制功能外，同时也要求能够灵活地克服各种未知的自然与人为因素 的不利影响，适应各种复杂的环境，保证全系统整体功能的成功实现。未来的地面站系统还应实现与远距离的更高一级的指挥中心联网通讯，及时有效地传输数据、接收指令，在网络化的现代作战环境中发挥独特作用。

无人机地面站发展综述

无人机地面站发展综述 [摘要]主要介绍了无人机地面站的发展，包括无人机地面站典型的配置、功能及其关键技术。并展望了未来无人机地面站发展趋势。 1、概述 20年来，无人机己发展成集侦察、攻击于一体，而未来的无人机还将具有全自主完成远程打击甚至空空作战任务的攻击能力。同时，与无人机发展相匹配的地面控制站(GCS: Ground Contrul Station) 将具有包括任务规划，数字地图，卫星数据链，图像处理能力在内的集控制、瞄准、通信、处理于一体的综合能力。未来地面站的功能将更为强大:不仅能控制同一型号的无人机群，还能控制不同型号无人机的联合机群:地面站系统具有开放性和兼容性，即不必进行现有系统的重新设计和更换就可以在地面控制站中通过增加新的功能模块实现功能扩展;相同的硬件和软件模块可用于不同的地面站。 地面站作为整个无人机系统的作战指挥中心，其控制内容包括:飞行器的飞行过程，飞行航迹，有效载荷的任务功能，通讯链路的正常工作，以及飞行器的发射和回收。GCS除了完成基本的飞行与任务控制功能外，同时也要求能够灵活地克服各种未知的自然与人为因素的不利影响，适应各种复杂的环境，保证全系统整体功能的成功实现。未来的地面站系统还应实现与远距离的更高一级的指挥中心联网通讯，及时有效地传输数据，接收指令，在网络化的现代作战环境中发挥独特作用。 2典型地面站的配置和功能概述 2.1地面站的典型配置 目前，一个典型的地面站由一个或多个操作控制分站组成，主要实现对飞行器的控制、任务控制、载荷操作、载荷数据分析和系统维护等。其相互间的关系如图1所示。

(1)系统控制站。在线监视系统的具体参数，包括飞行期间飞行器的健康状况、显示飞行数据和告警信息。 (2)飞行器操作控制站。它提供良好的人机界面来控制无人机飞行，其组成包括命令控制台、飞行参数显示、无人机轨道显示和一个可选的载荷视频显示。 (3)任务载荷控制站。用于控制无人机所携带的传感器，它由一个或几个视频监视仪和视频记录仪组成。 (4)数据分发系统。用于分析和解释从无人机获得的图像。 (5)数据链路地面终端。包括发送上行链路信号的天线和发射机，捕获下行链路信号的天线和接收机。 数据链应用于不同的UAV系统，实现以下主要功能: —用于给飞行器发送命令和有效载荷; —接收来自飞行器的状态信息及有效载荷数据。 (6)中央处理单元:包括一台或多台计算机，主要功能如下: —获得并处理从UAV来的实时数据: —显示处理; —确认任务规划并上传给UAV; 一一电子地图处理; —数据分发: —飞行前分析; —系统诊断。 2.2地面站的典型功能 GCS也称为“任务规划与控制站”。任务规划主要是指在飞行过程中无人机的飞行航迹受到任务规划的影响;控制是指在飞行过程中对整个无人机系统的各个系统进行控制，按照操作者的要求执行相应的动作。地面站系统应具有以下几个典型的功能: (1)飞行器的姿态控制。在各机载传感器获得相应的飞行器飞行状态信息后，通过数据链路将这些数据以预定义的格式传输到地面站。在地面站由GCS计算机处理这些信息，根据控制律解算出控制要求，形成控制指令和控制参数，再通过数据链路将控制指令和控制参数传输到无人机上的飞控计算机，通过后者实现对飞行器的操控。 (2)有效载荷数据的显示和有效载荷的控制。有效载荷是无人机任务的执行单元。地面控制站根据任务要求实现对有效载荷的控制，并通过对有效载荷状态的显示来实现对任务执行情况的监管。 (3)任务规划、飞行器位置监控、及航线的地图显示。任务规划主要包括处理战术信息、研究任务区域地图、标定飞行路线及向操作员提供规划数据等。飞行器位置监控及航线的地图显示部分主要便于操作人员实时地监控飞行器和航迹的状态。 (4)导航和目标定位。无人机在执行任务过程中通过无线数据链路与地面控制站之间保持着联系。在遇到特殊情况时，需要地面控制站对其实现导航控制，使飞机按照安全的路线飞行。随着空间技术的发展，传统的惯性导航结合先进的GPS导航技术成为了无人机系统导航的主流导航技术。目标定位是指飞行器发送给地面的方位角，高度及距离数据需要附加时间标注，以便这些量可与正确的飞行器瞬时位置数据相结合来实现目标位置的最精确计算。为了精确确定目标的位置，必须通过导航技术掌握飞行器的

便携式多功能无人机地面站的制作流程

本技术新型提供了一种小型化、智能的便携式多功能无人机地面站，包括控制系统，与所述控制系统相连的电源、地面站电脑、机载设备控制发射机和视频显示器，所述地面站电脑连接有数据接收机，所述机载设备控制发射机连接有操纵杆和功能开关，所述视频显示器连接有无线视频接收机。本技术新型的便携式多功能无人机地面站，重量轻，方便携带；地面站工作续航时间长；控制动作集成化程度高；智能化程度高；维护简单。 技术要求 1.一种便携式多功能无人机地面站，其特征在于：包括控制系统，与 所述控制系统相连的电源、地面站电脑、机载设备控制发射机和视频显示器， 所述地面站电脑连接有数据接收机，所述机载设备控制发射机连接有操纵杆 和功能开关，所述视频显示器连接有无线视频接收机。 2.根据权利要求1所述的便携式多功能无人机地面站，其特征在于： 所述电源连接有充电器和电压电流检测装置。 说明书 便携式多功能无人机地面站

技术领域 本技术新型涉及一种无人机地面站，尤其是一种便携式多功能无人机 地面站。 背景技术 现有的无人机地面控制设备都是大型设备，不便于携带，且存在电磁 兼容性差等不足。 实用新型内容 本技术新型的目的是提供一种小型化、智能的便携式多功能无人机地 面站。 实现本技术新型目的的便携式多功能无人机地面站，包括控制系统， 与所述控制系统相连的电源、地面站电脑、机载设备控制发射机和视频显示器，所述地面站电脑连接有数据接收机，所述机载设备控制发射机连接有操纵杆和功能开关，所述视频显示器连接有无线视频接收机。 所述电源连接有充电器和电压电流检测装置。 本技术新型的便携式多功能无人机地面站的有益效果如下： 本技术新型的便携式多功能无人机地面站，重量轻，方便携带；地面 站工作续航时间长；控制动作集成化程度高；智能化程度高；维护简单。 附图说明 图1为本技术新型的便携式多功能无人机地面站的结构示意图。 具体实施方式 本技术新型的实施例如下：

AOPA无人机任务规划练习测试题

精心整理 1. 无人机______是指根据无人机需要完成的任务、无人机的数量以及携带任务载荷的类型，对无人机制定飞行路线并进行任务分配。 A. 航迹规划 B. 任务规划 C. 飞行规划 答案:B. 2. 任务规划的主要目标是依据地形信息和执行任务环境条件信息，综合考虑无人机的性能、到达时间、耗能、威胁以及飞行区域等约束条件，为无人机规划出一条或多条自______的______，A. B. C. 答案 3. A. B. C. 答案4. A. B. C. 答案5. A. B. C. 答案6. A. B. C. 答案:C. 7. 动力系统工作恒定的情况下______限制了航迹在垂直平面内上升和下滑的最大角度。 A. 最小转弯半径 B. 最大俯仰角 C. 最大转弯半径 答案:B. 8. 无人机具体执行的飞行任务主要包括到达时间和进入目标方向等，需满足如下要求：______。 A. 航迹距离约束，固定的目标进入方向 B. 执行任务时间，进入目标位置 C. 返航时间，接近目标的飞行姿态

答案:A. 9.从实施时间上划分，任务规划可以分为______。 A.航迹规划和任务分配规划 B.航迹规划和数据链路规划 C.预先规划和实时规划 答案:C. 10.就任务规划系统具备的功能而言，任务规划可包含航迹规划、任务分配规划、数据链路规划和 系统保障与应急预案规划等，其中______是任务规划的主体和核心。 A.航迹规划 B.任务分配规划 C.数据链路规划 答案:A. 11. A. B. C. 答案 12. A. B. C. 答案 13. A. B. C. 答案 14. A. B. C.任务规划、返航规划和载荷分配 答案:A. 15.______包括携带的传感器类型、摄像机类型和专用任务设备类型等，规划设备工作时间及工作 模式，同时需要考虑气象情况对设备的影响程度。 A.任务规划 B.载荷规划 C.任务分配 答案:B. 16.______包括在执行任务的过程中，需要根据环境情况的变化制定一些通信任务，调整与任务控 制站之间的通信方式等。 A.链路规划 B.目标分配

无人机自主飞行航迹规划问题

摘要： 对于问题1也就是在二维平面上规划无人机最优航迹，我们首先用VORONI粗略作出可选航线，然后对每一段路径进行代价估测，问题1考虑的因素较少主要考虑了雷达威胁度和燃油两个因素。其中雷达威胁大小的度量主要考虑飞机距离雷达的长度，距离越近其危险值也就越大，由于飞机的燃油也是有限的，过长的航行路径会导致飞机燃油耗尽。因此在这两个因素中，我们引入加权系数，使得这危险度和航程因素影响的比重可视具体情况调节。得出路段代价后，再用改进的Dijkstra 算法求出3条较优参考路径。然后对这三条路径进行对比从而找出最佳路径。 问题2是在三维空间情况下规划无人机航迹，我们对选取的二维路径进行如下优化：首先，用三次样条插值法对折线路径进行平滑处理；其次，考察无人机的操作性能（主要考虑拐弯），对曲线做进一步平滑处理；然后，考虑无人机飞行高度对其安全性及操作性的影响，一方面是在威胁度计算时加入高度因素，重新进行权值计算；另一方面是对飞机飞行高度变化进行讨论，如无人机的最大仰角和过度地带飞机至少飞行的高度。由于数字地图的复杂型，二维处理中产生的最佳路径，在三维中并不一定是最优的，我们经过计算，发现二维平面次优的航道才是三维最优的航道路径。 在问题3仿真过程中，我们使用MATLAB 7.0进行计算和最后的飞机飞行航道图形绘制，包括三次样条曲线拟合，数字地图与预处理等，使用了VC++ 6.0编写了Dijkstra 算法计算最优路径。 关键字：Voronoi图Dijkstra算法三次样条插值最小曲率半径

目录 一、问题的重述 (1) 二、模型的假设 (1) 三、模型的符号说明 (2) 四、对问题的分析 (3) 五、模型的建立与求解 (3) 5.1 问题1模型的建立 (3) 5.1.1 引入问题 (3) 5.1.2约束条件 (4) 5.1.3基于VORONOI图的航路代价计算 (4) 5.1.3.1 VORONOI图的基本思想 (4) 5.1.3.2 VORONOI图的生成原理 (4) 5.1.4 Dijkstra算法 (5) 5.1.4.1 Dijkstra算法的基本思想 (5) 5.1.4.2 实现Dijkstra算法的步骤 (5) 5.1.4.3 对Dijkstra算法的改进 (6) 5.1.5 雷达威胁代价的计算 (6) 5.1.6 燃油代价的计算 (7) 5.1.7 航路总代价的计算 (7) 5.2 问题2模型的建立 (7) 5.2.1约束条件 (7) 5.2.2 航路代价的计算 (8) 5.2.2折线型航线平滑化 (8) 5.2.3三次样条函数定义 (8) 5.2.4三次样条函数原理 (9) 5.2.5无人机最大转角问题 (11) 5.2.6 无人机爬坡优化 (13) 5.2.6.1.地形平滑 (13) 5.2.6.2曲率限制法 (14) 5.2.6.3最小离地间隙限制 (15) 5.3 问题的求解 (16) 5.3.1问题1模型的求解 (16) 5.3.1.1 雷达的分布情况 (16) 5.3.2问题2模型的求解 (17) 六、仿真求解 (17) 6.1 问题1 模型进行仿真 (18) 6.1.1 VORONOI图 (18)

无人机航迹规划优化模型

2007高教社杯全国大学生数学建模竞赛 承诺书 我们仔细阅读了中国大学生数学建模竞赛的竞赛规则. 我们完全明白，在竞赛开始后参赛队员不能以任何方式（包括电话、电子邮件、网上咨询等）与队外的任何人（包括指导教师）研究、讨论与赛题有关的问题。 我们知道，抄袭别人的成果是违反竞赛规则的, 如果引用别人的成果或其他公开的资料（包括网上查到的资料），必须按照规定的参考文献的表述方式在正文引用处和参考文献中明确列出。 我们郑重承诺，严格遵守竞赛规则，以保证竞赛的公正、公平性。如有违反竞赛规则的行为，我们将受到严肃处理。 我们参赛选择的题号是（从A/B/C/D中选择一项填写）： A 我们的参赛报名号为（如果赛区设置报名号的话）： 20004005 所属学校（请填写完整的全名）：中南大学 参赛队员 (打印并签名) ：1. 张腾 2. 王雄 3. 王泽 指导教师或指导教师组负责人 (打印并签名)： 日期： 2008 年 8 月 11 日赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）：

无人机自主飞行航迹规划 摘要 本文对无人机自主飞行航迹的二维规划和三维规划问题根据所给要求分别建立了动态规划模型，并对模型进行了可行性分析和仿真分析，最终求得最优的规划路线（见附录表1，表2）。 首先，对于问题1，无人机自主飞行航迹的平面规划问题，我们采用传统的图论方法，使用Voronoi图【1】对雷达威胁网络进行划分；并以雷达威胁度和路程代价为主要考虑因素对Voronoi图的每条边赋予权值，得到一个权矩阵，通过Dijsktra算法求得出发点到目标点的最优路径。但是我们考虑到这种算法实现较难，而且Voronoi图不可推广到三维航迹的规划问题上，因此我们通过假设条件消除其后效性，建立了动态规划模型，并且为了增加模型精确度，将地图以100米为单位网格化。 其次，对于问题2，将问题推广到三维空间，增加了地形因素以及飞机飞行的性能，即考虑到飞机飞行时转弯和地形影响的因素。我们使用matlab对该三维空间进行了模拟【2】，并由平面的动态规划模型通过对每点增加高程z，对飞机的转弯性能最小转弯角进行简化，增加地形约束条件，建立了以无人机飞行路线广义代价为目标函数的动态规划模型。 再次，我们对所建立的动态规划模型做了可行性分析和仿真分析，通过对比在广义代价方程中各个因素的权重系数的不同取值，得出不同的规划路线，最终得出最优的规划路线，并肯定了模型的正确性。 最后，我们对于此动态规划模型进行综合评价，并提出了此模型在实际条件中应用所欠考虑的部分，并在模型的推广中对其他实际因素进行了具体的分析并加以改进和完善。 关键字Voronoi图动态规划模型广义代价代价方程仿真分析 一、问题的重述 1.1 问题背景 无人机的发展至今已有70多年的历史，其军事应用主要是遂行各种侦察任务。随着无人机平台技术和机载遥感技术的不断发展，它的军事应用范围已经并将继续扩展，如通信中继、军事测绘、电子对抗、信息攻击等。特别是精确制导武器技术的发展，又使它成为这种武器的理想平台。

无人机地面站

概述 近20年来，无人机己发展成集侦察、攻击于一体，而未来的无人机还将具有全自主完成远程打击甚至空空作战任务的攻击能力。同时，与无人机发展相匹配的地面控制站（GCS:Ground Control Station)将具有包括任务规划、数字地图、卫星数据链、图像处理能力在内的，集控制、瞄准、通信、处理于一体的综合能力。未来地面站的功能将更为强大：不仅能控制同一型号的无人机群，还能控制不同型号无人机的联合机群。地面站系统具有开放性和兼容性，即不必进行现有系统的重新设计和更换就可以在地面控制站中通过增加新的功能模块实现功能扩展，相同的硬件和软件模块可用于不同的地面站。 地面站作为整个无人机系统的作战指挥中心，其控制内容包括：飞行器的飞行过程、飞行航迹、有效载荷的任务功能、通讯链路的正常工作，以及飞行器的发射和回收。GCS除了完成基本的飞行与任务控制功能外，同时也要求能够灵活地克服各种未知的自然与人为因素的不利影响，适应各种复杂的环境，保证全系统整体功能的成功实现。未来的地面站系统还应实现与远距离的更高一级的指挥中心联网通讯，及时有效地传输数据、接收指令，在网络化的现代作战环境中发挥独特作用。 地面站的配置和功能概述 地面站的典型配置 目前，一个典型的地面站由一个或多个操作控制分站组成，主要实现对飞行器的控制、任务控制、载荷操作、载荷数据分析和系统维护等。 (1)系统控制站。在线监视系统的具体参数，包括飞行期间飞行器的健康状况、显示飞行数据和告警信息。 (2)飞行器操作控制站。它提供良好的人机界面来控制无人机飞行，其组成包括命令控制台、飞行参数显示、无人机轨道显示和一个可选的载荷视频显示。 (3)任务载荷控制站。用于控制无人机所携带的传感器，它由一个或几个视频监视仪和视频记录仪组成。 (4)数据分发系统。用于分析和解释从无人机获得的图像。 (5)数据链路地面终端。包括发送上行链路信号的天线和发射机，捕获下行链路信号的天线和接收机。 数据链应用于不同的UAV系统，实现以下主要功能：用于给飞行器发送命令和有效载荷；接收来自飞行器的状态信息及有效载荷数据。 (6)中央处理单元。包括一台或多台计算机，主要功能：获得并处理从UAV来的实时数据；显示处理；确认任务规划并上传给UAV；电子地图处理；数据分发；飞行前分析；系统诊断。 地面站的典型功能 GCS也称为“任务规划与控制站”。任务规划主要是指在飞行过程中无人机的飞行航迹受到任务规划的影响；控制是指在飞行过程中对整个无人机系统的各个系统进行控制，按照操作者的要求执行相应的动作。地面站系统应具有以下几个典型的功能： (1)飞行器的姿态控制。在各机载传感器获得相应的飞行器飞行状态信息后，通过数据链路将这些数据以预定义的格式传输到地面站。在地面站由GCS计算机处理这些信息，根据控制律解算出控制要求，形成控制指令和控制参数，再通过数据链路将控制指令和控制参数传输到无人机上的飞控计算机，通过后者实现对飞行器的操控。 (2)有效载荷数据的显示和有效载荷的控制。有效载荷是无人机任务的执行单元。地面

无人机航迹规划算法选择

遗传算法（GA ）： 主要流程： (1)编码：遗传算法在进行搜索之前首先要对无人机位置以及航迹可行性编码。2)初始群体生成：随机产生x 个初始串结构数据，每个串结构数据代表一个个体， 个个体构成一个群体。初始群体表示无人机所有可能的航迹位置。(3)选取适应度函数：适应度函数的选取是遗传算法最为关键的部分，它是进化过程的驱动力。(4)遗传算子：群体通过选择、交叉、变异 3种基本的遗传操作得到下一代群体，进化后期可以提高变异概率以提高算法的局部搜索能力。(5)最优航迹生成：通过不断循环进化，最后生成具有最大适应度值的个体即为最优航迹。 N Y 遗传算法流程图 优点：算法灵活且实现简单、自身不受搜索空间限制、具有较强鲁棒性，是一种高效、并行、全局搜索的方法。 缺点：规划时间长，最优解精度不高，不适用于实时航迹规划 适用范围：离线规划 人工神经网络（ANN ）算法： 实现步骤： 编码成位串 种群1 无人机位置和航迹可行性编码 计算适应度 1、位串解释得到参数 2、计算目标函数 3、函数值像适应值映射 4、适应值调整 遗传算子 3种基本遗传算子： 选择算子、交叉算子、变异算子 统计结果 种群2 是否满足终 止条件？ 解码输出最优解 结束 开始

(1)对规划空间进行离散化处理，构建与无人机相适应的Hopfield神经网络模型。(2)结合数字地形信息以及约束条件构造一个能量函数，其中连接权可以反映地形信息，若无人机靠近障碍物时，连接权迅速减小，这样可以实现无人机的安全飞行。(3)由于所创建的Hopfield 神经网络是并行处理问题，而当前计算机处理器一般是串行工作的，因此需要对所建立的神经网络模型进行串行模拟。(4)当串行模拟达到预期的要求时，在规划空间则会建立起单峰梯度的数值势场。(5)结合势场梯度数值以及无人机飞行约束条件在规划空间内搜索最优航迹。 优点：具有高度的并行结构和并行实现能力，具有快速找到优化解的能力。 缺点：容易陷入局部最优解，计算量大，收敛速度慢。 适用范围：TF/TA等规划空间大的航迹规划。 蚁群算法： 实现步骤： (1)根据已知威胁源分布情况构造V oronoi图，给V oronoi每条边赋予一定的权值(初始信息素值)。(2)将所有人工蚂蚁置于距离起始点最近的V oronoi图节点位置，根据蚂蚁状态转换规则(一般由两点间的可见度以及两点间边的信息素值的强度决定)选择下一节点，直至所有蚂蚁到达终点完成搜索过程(3)循环完成后分别计算出每条可行路径的代价，更新所找到的最优路径。(4)参照生物信息激素修改规则更新所有边的权值，对没有经过的各节点进行信息素蒸发(即去除权值)。 优点：采用正反馈机制，具有良好的并行性、协作性和鲁棒性，寻优性好，具备较强的动态特性。 缺点：容易陷入局部最优解，搜索时间过长，容易出现停滞现象。 适用范围：并行分布式规划。 粒子群优化算法： 实现步骤： 1、航迹规划建模（威胁模型、地形模型、威胁等效地形模拟和航迹代价函数） 2、分析原理 3、进行试验和仿真 4、结果分析与实验改进 优点：有效减小搜索空间，提高搜索效率，快速完成航迹规划任务通过调整参数的设置．可以使得航迹在地形跟随和地形回避之间有所偏重．得到较为满意的三维航迹 缺点：高度的升高使得无人机的航迹更加趋向于地形跟随．地形遮蔽作用将大大削弱，容易被地方探测设备发现．势必会带来敌方威胁的增大。 适用范围：适合于敌方威胁较弱、地形环境恶劣且时效性要求较高的作战区域

四旋翼无人机毕业设计

四旋翼无人机毕业设计 目录 摘要 ............................................................................................. 错误！未定义书签。Abstract ................................................................................................ 错误！未定义书签。1绪论 .. (1) 1.1研究背景及意义 (1) 1.2 国内外四旋翼飞行器的研究现状 (1) 1.2.1国外四旋翼飞行器的研究现状 (1) 1.2.2国内四旋翼飞行器的研究现状 (3) 1.3 本文研究内容和方法 (4) 2 四旋翼飞行器工作原理 (5) 2.1 四旋翼飞行器的飞行原理 (5) 2.2 四旋翼飞行器系统结构 (5) 3 四旋翼飞行器硬件系统设计 (7) 3.1 微惯性组合系统传感器组成 (7) 3.1.1 MEMS陀螺仪传感器 (7) 3.1.2 MEMS加速度计传感器 (7) 3.1.3 三轴数字罗盘传感器 (8) 3.2 姿态测量系统传感器选型 (8) 3.3 电源系统设计 (10) 3.4 其它硬件模块 (10) 3.4.1 无线通信模块 (10) 3.4.2 电机和电机驱动模块 (11) 3.4.3 机架和螺旋桨的选型 (12) 3.4.4 遥控控制模块 (13) 4 四旋翼飞行器姿态参考系统设计 (15) 4.1 姿态参考系统原理 (15) 4.2 传感器信号处理 (16) 4.2.1 加速度传感器信号处理 (16) 4.2.2 陀螺仪信号处理 (16) 4.2.3 电子罗盘信号处理 (17) 4.3 坐标系 (17) 4.4 姿态角定义 (18) 4.5 四元数姿态解算算法 (19) 4.6 校准载体航向角 (27) 5 四旋翼飞行器系统软件设计 (29) 5.1 系统程序设计 (29) 5.1.1 姿态参考系统软件设计 (29) 5.1.2 PID控制算法设计 (30)

1、多旋翼无人机输电线路巡检方案

无人机输电线路巡检（多旋翼） 单位巡视工作标准：以一个飞行队伍为单位；；以单回路35-1000kV电压等级杆塔为回路参考标准。 1、飞行队伍构成 飞行队伍由1名飞控手1名数据采集人员、1名飞行监理，共3人组成。每名飞行人员必须通过专业机构培训考取AOPA无人机驾驶资格证才能现场作业，我公司承担飞行人员外出作业的所有风险。 职责划分：飞控手：主要控制飞机飞行、航线规划、直接对飞行安全负责；数据采集人员：主要控制拍照与摄像，对杆塔信息进行数据采集工作，配合飞控手完成飞行工作；监理：主要负责整体计划统筹与项目按计划正常实施，对数据成果进行审核与质量把控。 2、车辆安排 按照队伍构成，每个队伍配一台作业车辆，方便无人机及附件的运输。 3、空域申请 空域申请、适航认证等相关工作，由我公司将协助与空管或政府管理机构进行协商处理。巡视过程中，严格按照无人机空域申请管理规定执行，注意无人机巡视作业安全。 4、巡视效率：按照每公里线路平均4个杆塔考虑，山区每个工作日平均巡视14个杆塔；丘陵每个工作日平均巡视20个杆塔；平原（市区）每个工作日平均巡视24个杆塔。按照平均每个工作日巡视20个杆塔测算（每巡视两个杆塔起降一次），每个工作日可完成5公里线路巡视。 5、项目需求 采取多旋翼无人机巡视方式，对输电线路开展无人机巡视，巡视内容为可见光拍照巡视、红外测温等工作，提供巡视报告（含图片、视频），并且通过视报告（含图片、视频）清楚标注出疑似故障点。 6、无人机主要技术指标及要求 多旋翼无人机飞行平台要求： 1）飞行平台能够可靠、稳定飞行，支持悬停、低速巡航； 2）飞行时间不低于30min；

无人机集群技术综述及发展应用

无人机集群技术综述及发展应用 摘要：无人机集群技术作为智能无人机领域的重要发展方向，可有效解决单机作业的不足，并能够适应日益复杂的无人机作业环境。本文从理论层面介绍了无人机集群的概念及发展现状，从智能算法、环境感知、任务规划、路径规划和自主避障等方面详细阐释了无人机集群的关键技术，并提出其面临的技术挑战，对未来发展方向做出一定判断。 关键词：无人机集群；智能算法；环境感知；任务规划；发展趋势 引言 无人机作为一种可通过自主控制或远程控制实现平稳飞行，并执行特定任务的无人驾驶飞行器，是目前广泛应用于军用和民用领域的空中机器人系统[ 1] 。以往传统的无人机作业，通常是指单机作业，而由于使用环境的日益复杂化，作战任务或特定用途的日益多样化，单机作业巳无法更好地满足使用方的需求，因此多机协同作业的科技理念应运而生，为实现多机协同而得以快速发展的智能集群技术也得到了科研工作者的重视。本文将从无人机集群技术的原理概述和国内外研究现状出发，

解析智能集群的关键技术和相关算法，并阐述其面临的技术挑战和 未来的发展应用。 l 无人机集群技术概述及发展现状 “ 集群”的概念最初起源于对生物学的研究，即对蚂蚁、蜜蜂等群居生活的昆虫集群性行为的探究。群居昆虫具有高度结构化的社会组织特性，通过其独特的信息交互方法实现信息的传递，并表现出集群化智能行为，使其可很好地完成远超个体能力的复杂工作任务。这种生物学行为给予科研工作者很大的启发，随之出现了集群智能方法，通过个体之间的协同工作来实现整体的复杂任务的顺利执行，在提高任务执行力的同时提高了算法的鲁棒性和计算能力。在此，给出集群的概念：集群是指拥有共同工作目标的多个实体构成的群组，集群会基于任务需求协调不同实体的行为，这些行为会根据不同个体的特定任务，随环境变化而进行动态调整 [ 2] 。 无人机的集群即借鉴了源自生物学研究的“集群”概念， 是指具备有限或完全自主能力的多架无人机，在有限的集中控制指令的条件下，通过相互之间的信息交互和协同工作，完成预期的 超越单机作业的复杂任务。集群技术使得无人机群中的单一个体都具备自主飞向任务区域且避免相互碰撞的能力，并且可以自动 处理个体任务，结合了人工智能、自主避障、路径

旋翼无人机倾斜摄影的航摄规划

旋翼无人机倾斜摄影的航摄规划 发表时间：2018-04-20T15:31:22.390Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第32期作者：孙德厚黄昌胜[导读] 近几年，无人机的发展非常迅猛，日新月异。 佳木斯市勘察测绘研究院黑龙江佳木斯 154004 摘要：近几年，无人机的发展非常迅猛，应用也越来越广泛，具有方便、灵活、快捷的优点，非常适合小范围的航空摄影作业，本文从确保飞行安全、提高航拍效率的角度，重点阐述旋翼无人机倾斜摄影的航摄规划问题。 关键词：旋翼无人机；倾斜摄影；航线设计；架次划分The Planning of Oblique Aerial Photography Based on Rotor UAV Sun De-hou，Huang Chang-sheng （Jiamusi Institute of Surveying and Mapping，Jiamusi 154004，China）Abstract：In recent years，the development of the UAV is very rapid，is used more and more widely.The UAV has the advantages of convenient，flexible and rapid operation，is very suitable for aerial photography of small range.For ensuring flight safety and improving the efficiency of photography，This paper focuses on planning problem of oblique aerial photography based on rotor UAV. Key words：Rotor UAV；Oblique Aerial Photography；Passage Planning；Sorties Division 1 引言 近几年，无人机的发展非常迅猛，日新月异。无人机的型号越来越多，有固定翼无人机、旋翼无人机，有燃油无人机、电动无人机，有大型无人机、微型无人机。无人机的应用越来越广，不仅在公安、消防、林业、水利、农业、影视、传媒等领域得到了广泛应用，在测绘领域的应用也越来越普及。从早期的影像图制作、中小比例尺地形图测绘，到大比例尺地形图测绘、三维场景建模、变形监测等，测绘精度和效率越来越高，且成本投入越来越小。这得益于无人机的发展，同时也得益于高精度微型摄影相机的发展，尤其是微型倾斜摄影相机的发展。无人机的安全问题一直备受关注，空域的使用缺乏有效的监管，各种危及公众安全的黑飞事件屡见报道。无人机应用过程中的安全问题需要引起我们的高度重视，航摄规划时更要把安全问题放在首位，其次才能考虑效率问题。 2 摄区踏勘 如果摄区位于机场10千米范围内，原则上是不允许开展航摄任务的。如确需开展航摄工作，事先必须与机场塔台取得联系，掌握航班动态，根据航班间隙合理确定航拍时间。为了保障安全，有些无人机的飞控系统会限制无人机在距离机场5千米范围内飞行。尽管已经掌握了航班的动态信息，在无人机起飞前还是要与机场塔台确认一下航班动态，确认航班没有临时变动方可执行航拍飞行任务。如果航班间隙少于1小时，为安全起见，期间不能安排航怕任务。即使摄区周边没有机场或距离机场超过10千米，也不能随意起飞无人机，需要与空域主管部门进行沟通，了解有无直升机、小型飞机等通用飞行任务，确保摄区上空没有飞行计划，并限制无人机的飞行高度，相对航高通常不应超过200米。对于人员密集场所，如学校、市场、车站等，应选择合理的飞行时间，避开人员高峰期。同时要随时观察空中有无风筝、气球等影响无人机飞行的障碍物，以便及时避让。无人机通常可以抵抗6级风，但风力超过4级，降雨概率较大时不要冒险作业。 3 航线设计 3.1 无人机起降点的选择 无人机起降点的选择非常关键，需要综合考虑以下因素：场地开阔，可以全程监控无人机的飞行状态；周边100米范围内不应有信号发射塔、高压电线等干扰源；起降点场地不应小于10平米，且应平整，不受外界干扰；遇突发事件处置方便，能够迅速到达事故现场；航摄效率，即起降点与航摄起点和终点的距离尽可能短，并可同时兼做相邻架次的起降点。选择楼顶作为起降点的，需要注意飞行高度应为以地面为基准的航高减去起降点高度，不能直接设定为以地面为基准的航高。同时要安排地勤人员保障安全。 3.2 航高的确定 航高取决于成图精度和所采用的相机解析度及主距。倾斜摄影相机由多个不同角度的镜头组成，可同时获取多组不同角度的影像。与传统单镜头成像模式相比，多镜头成像模式能够消除成像死角问题，并大幅提升成果的精度。通常120～150米航高可以满足1：500地形图的成图要求；150～200米航高可以满足1：1000地形图的成图要求；200～300米航高可以满足1：2000地形图的成图要求。航高越低影像精度越高，航高越高摄影效率越高。需要注意的是，无人机与场地或建筑物最高处应保持30米以上的垂直距离，以保证飞行安全。 3.3 像片重叠度的确定 无人机因其自重较轻，抗风能力较差，飞行过程中的姿态保持较差，像片重叠度的设计要略高一点，否则容易出现航摄漏洞。通常用于影像和地形图成图的，航向重叠度应不低于70%，旁向重叠度应不低于40%；用于地面场景重构的，一般地区航向重叠度应不低于75%，旁向重叠度应不低于50%。城区航向重叠度应不低于75%，旁向重叠度应不低于65%。设计旁向重叠度时需要注意航线间距不能过小，通常航线间距应大于30米，避免急速转弯发生事故。若因低航高、高旁向重叠度要求导致航线间距应小于30米，无人机转向模式应采用悬停转向模式，不能采用自适应转向模式。 3.4 航程的控制 航线转向次数越多作业效率越低，通常航线按长方形区域进行布设，航线平行于长方形的长边，这样能减少无人机转弯的次数，提高效率，如图1所示。同时应根据无人机的续航能力合理设计航线的长度，绝不可以将航线长度设计为无人机的最大航程，要为处理突发事件留有余地，确保无人机具备足够的动力安全返航。无人机的动力一旦耗尽，将直接导致炸机，发生事故。用电池作为无人机的动力，在新电池使用前应测准电池的续航能力，每次飞行前应测试电压，确保电池处于满电状态。飞行过程中要实时监测电池电压的变化情况，遇变化异常时应立即返航。遇低温刮风天气，应相应缩短航程。

无人机飞行轨迹的视觉检测

无人机飞行轨迹的视 觉检测

摘要 无人机飞行是利用无线电遥控设备控制的程序装置来操作的一种无人驾驶的飞机，在无人机上装载了自动陀螺仪、程序控制装置等设备，控制无人机平稳度等各项仪式。随着科学技术的进步，微小型多旋翼无人机技术已经日渐成熟，其应用的领域也越来越广泛，随之对轨迹规划的要求也不断的提高。无人机的轨迹规划是指在满足无人机性能指标和特定的约束条件下，寻找一条从起始点到目标点的最优或者次优的飞行轨迹，它是无人机实现自主巡航的重要组成部分。本文利用人工模拟无人机航线，采用直线和斜线两种方法，利用神经网络模型对结果进行预测。无人机飞行进行了仿真，对实验进行模拟，结果证实方法有一定的可行性和实时性。 关键词无人机；神经网络；自主巡航；轨迹估测

Abstract With the progress of modern science and technology, the technology of mini multi-rotor UAVs is becoming more and more mature. And the application fields is becoming widely, and with this demands of trajectory planning is constantly increasing. On the condition that the UAVs satisfied with the performance and some specific constrains, the trajectory planning of unmanned aerial vehicle(UAV) refers to planning an optimal or sub-optimal flight from the starting point to the target point. It is an important part for the UAV to realize autonomous cruise. In this paper, the artificial neural network model is used to predict the results of artificial unmanned aerial vehicle (UAV), using straight line and oblique lines. UAV flight simulation, the simulation of the experiment, the results confirmed that the method has a certain feasibility and real-time. Key words UAV：Artificial Neural Networks; Autonomous Cruise; Tracks Track

无人机地面站

地面站参数 本地面站含发射单元，接收单元，除遥控功能外，带液晶屏，实时接收并显示多种重要的飞行数据，飞控人员可以脱离地面站系统独立操作，内置锂离子电池，充电器，铝合金壳体，小型化，轻量化。 一体式地面站系统集成了自主研发的android、PC版地面站控制软件（可选），以及集成了高精度2048分辨率遥控器，图像传输设备以及数传设备，您只需要指尖轻点就可以实时接收并查看完整的飞行数据及飞行器所拍摄的视频影像，还可以根据客户需要定制专用的集成式地面站系统。 数字传输电台解码器可以实时接收并显示飞行器的各种飞行数据，包括电池电压、坐标、高度、方向、姿态、飞行速度、飞行路径、GPS状态等重要信息。飞行数据将会自动保存于平板电脑（或手机）用于飞行后的数据分析，即使在人工遥控飞行模式下，只要系统预先下载当前飞行区域地图，系统就能实时显示飞行器在地图上的位置。 设备属性： 1、自动14寸屏幕，高清晰，高亮度图像显示 2、自带录像系统，U盘或者移动硬盘存储，支持1T容量 3、供电采用6S锂电池 4、采用DVB-T接收模式，双天线接收，接收灵敏度达-105dB 5、自带USB输入接口，可方便外接信号输入源；自带喇叭 6、带无线网络功能 7、支持AV,HDMI外部视频输入 8、多轴云台控制 9、高精度2048分辨率遥控器 技术参数： 参数描述 型号CW-506 工作电压DC20-26V（内置锂电池） 灵敏度-105dBm

信道带宽2-8MHz（步进1M可调） 解调方式COFDM 16QAM 前向纠错1/2、2/3、3/4、7/8 保护间隔1/32、1/16、1/8、1/4 视频输出PAL/NISC 视频图像720P、1080P 射频输入接口N型母头 音频输出模式立体声非平衡300/200mV 音/视频输出接口HDMI（高清）或者BNC母头（标清）产品重量 4.5Kg 视频存储硬盘、U盘 录像回放本地或者电脑回放尺寸457*370*150mm 主要参数： 遥控发射频率：2.4G 图像传输频率：5.8G 数据传输频率：900M 工作温度：-20°C--60°C 遥控设备分辨：2048 电池续航能力：3h--5h 遥控通道数量：10-12 AV信号输出：支持

中国AOPA民用无人机驾驶员地面站科目题库

中国AOPA民用无人机驾驶员地面站科目题库为维护民用无人机驾驶员考试的公平性公正性与公开性，经中国AOPA无人机管理办公室研究决定，自2018年1月18日起，限定依 据《民用无人机驾驶员实践考试标准》实施的民用无人机驾驶员地面站考试航线均取自《AOPA民用无人机驾驶员地面站科目题库》（以下简称：本题库）中。 考试员实施实践考试中，在考试飞行前准备阶段由考试员从本题库中随机选取航线，考试员可依据现场实际条件以及无人机系统特性决定航线的方位（本题库中各考题中的航线可依据考试员要求随意旋转角度）以及航线参数中的各项数值（考试员依据无人机系统特性决定航线要素中的数值以及误差范围），之后考试员须为学员讲解考试 航线要素，学员知晓题目并示意无异议后开始计时，6分钟内学员应完全依据题目完成航线的规划、检查与上传，无人机进入随时可起飞状态。 进入飞行实施阶段，无人机按照规划的航线执行飞行任务，之后按考试员指令完成： ①在操作时间限制内修改航线并执行修改后航线； ②在操作时间限制内地面站应急返航操作； ③在操作时间限制内模拟位置信息丢失，姿态模式应急返航操作。 学员按要求完成所有阶段考试科目方可视为地面站考试科目通过。

航线要求： （一）起飞点（返航点）与考试席位的相对方位由委任代表根据现场 环境等情况进行决定。于起飞点前规划一个等边三角形并循环执行， 边长为a，航线相对地面高度为b，水平速度为c，垂直速度为d，转 弯方式为停止转弯, 停留时间不作要求； （二）a值建议为30米，b值建议为30米，c值建议为3m/s，d值 （航线方位及各数值可由委任代表按实际情况进行调整，建议为1m/s。 考题以委任代表规定数值为准）

我国无人机的发展现状与展望

我国无人机的发展现状与展望（安徽省合肥极酷科技有限公司） 摘要近年来随着现代控制技术和智能技术的发展，无人机的发展受到了广泛关注。本文主要阐述我国无人机目前的行业应用以及无人机监管问题。同时对于我国无人机的未来发展进行了展望。 关键词：无人机智能技术监管 1前言 无人驾驶飞机简称“无人机”，一般涵盖无人直升机、无人固定翼机、无人多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机这几大类。本文主要阐述的无人机指的是最近几年市场上比较热门的无人多旋翼飞行器。 2我国无人机的发展现状 近几年，以深圳大疆创新科技有限公司（以下简称大疆）为首的无人机企业在世界范围内的行业地位越来越高，从而也带动了一批优秀的科技创新型企业投入到了无人机的研发队伍当中。 一架无人机系统是由地面站、飞机、链路三个核心部分组成。无人机地面站是整个无人机系统的指挥控制中心，专门用于对无人机的地面控制和管理。飞机是无人机系统的主体，而它的核心组件是其飞行控制系统（简称飞控）[1]，它是飞行器稳定飞行的保证。链路主要负责飞机与地面站之间的通讯，通过多种通信方式将飞机上的飞行数据实时传输到地面站，并可以将地面站发出的控制信号传给飞机，从而使得无人机按照既定的指令飞行。 2.1无人机的行业应用 无人机作为一个空中的平台,想具备什么功能取决于携带什么样的机载设备。由于多旋翼飞行器具有可垂直升降、成本低、结构简单、性能稳定等诸多优点，越来越多的企业的研究也是集中在多旋翼飞行器的行业应用上。 航拍目前大多数的无人机都应用到了航拍领域。越来越成熟的三轴云台稳定控制系统，使得航拍画面在高速飞行时也能保持相对稳定。另外高速图像传输系统的发展，能让航拍画面实时传送到地面站。大疆在2013年初推出的Phantom系列飞行器、2014年11月26日推出的Inspire系列飞行器[2]、yunnec在2015年6月份推出的Q500都是在航拍领域的优秀产品。 植保用于农业植物保护的无人驾驶飞机，是由飞行平台、喷洒机构、地面站等部分组成，来实现喷洒农药、花粉、种子等。国内虽然生产植保无人机的企业成百上千家，但技术水平不高、产品质量参差不齐，很少能满足大面积，高强度的喷洒需求。广州极飞电子科技有限公司（简称极飞科技），在商用无人机和无人机服务领域取得了重大突破，其推出的植保无人机已经成功运用了新疆地区。大疆在2015年12月，也推出一款智能农业喷洒防治无人机，无需事先测绘农田，在飞行期间直接规划路线即可自动喷洒，实现了高度的智能化。 物流无人机作为一种新型智能化交通工具，其在物流领域也同样具有极大的应用价值。网络零售巨头亚马逊在2013年12月首次宣布无人机送货的构想，2015年12月29日亚马逊公布了一款无人机送货服务的原型机，让无人机送快递变成了现实。国内快递巨头，顺丰快递，也在2013年9月在广东省进行了无人机送快递的测试。目前的无人机技术可以实现运用GPS和图像搜索等多种方式进行地理定位，可以实现货物的定点投运，即使在密集的地区，无人机也可以从窗户进入指定地点。目前最大的障碍不是技术性问题，而是投运成本，以及我国的民用无人机监管问题。 其他目前我国的无人机主要是以航拍和植保应用为主线，物流投送目前还处于探索阶段。但无人机的发展使得它在未来可应用于战场侦查、低空探测、探索未知环境等生活、工业、军事各个领域。 2.2无人机监管 随着无人机深入到普通百姓生活中去，以及消费级无人机的普及，行业标准的缺失使得各种违规飞行的现象也随之而来。 2015年５月，新疆巴音郭楞蒙古自治州某单位在未取得空域审批手续，也未报备飞行计划的情况下，使用无人机在新疆尉犁县附近进行航空摄影测量活动。依据《民用航空法》相关条款对这一单位作出了２万元行政处罚决定。 近日一位参与两会的代表就建议将无人机监管列入民用航空法的监管，加快建立相关法律和政策。中国民航局日前下发规定，要求无人机驾驶员必须取得适航许可，按相关规定，必须在取得飞行执照、合格证等方面符合要求才被允许飞行，否则就是违规操作，属于“黑飞”将被罚。“无规矩不成方圆”，国家无人机相关的法律法规的健全也是我们每个消费者更安全的去飞行的保障。 3未来发展与展望 无人机的研究有很多方面的意义，无论在国防、民用及商用领域，都显示出了其独特的研究价值。但由于一些技术的不成熟，使它的发展受到了限制。若能在如下方面进行相应的改进与提升，其应用价值将会得到进一步的提升。 1、轻量化结构设计，重力降低，使得保持飞行器悬停所需要的升力减小，相应的转速降低，功耗更低。 2、需要研制能量比更高的高性能电池作为续航电池，提升续航时间。 3、控制系统需要进一步智能化，以适应更多复杂环境的工作要求。 无人机虽已发展多年，但还有很多性能提升的空间。随着近年来智能科技的发展，无人机的应用领域将会越来越广。同时相关的法律法规也会更加健全。 参考文献 [1]程学功.四轴飞行器设计与研究[D]．杭州电子科技大学，2012． [2]中国经济网.感“悟”世界之美京东首发大疆航拍器Inspire1[EB ／OL]．(2015—01—12).