無(wú)人機飛控、增穩云臺、圖傳模塊選型解讀

一、飛控

無(wú)人機飛行控制系統是指能夠穩定無(wú)人機飛行姿態(tài)，并能控制無(wú)人機自主或半自主飛行的控制系統，是無(wú)人機的大腦，也是區別于航模的最主要標志，簡(jiǎn)稱(chēng)飛控。

飛控的作用就是通過(guò)飛控板上的陀螺儀，對四軸飛行狀態(tài)進(jìn)行快速調整(都是瞬間的事，不要妄想用人肉完成)。如發(fā)現右邊力量大，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(méi)有飛控系統，四軸飛行器就會(huì )因為安裝、外界干擾、零件之間的不一致等原因形成飛行力量不平衡，后果就是左右、上下地胡亂翻滾，根本無(wú)法飛行。

工作過(guò)程大致如下：飛控系統實(shí)時(shí)采集各傳感器測量的飛行狀態(tài)數據、接收無(wú)線(xiàn)電測控終端傳輸的由地面測控站上行信道送來(lái)的控制命令及數據，經(jīng)計算處理，輸出控制指令給執行機構，實(shí)現對無(wú)人機中各種飛行模態(tài)的控制和對任務(wù)設備的管理與控制;同時(shí)將無(wú)人機的狀態(tài)數據及發(fā)動(dòng)機、機載電源系統、任務(wù)設備的工作狀態(tài)參數實(shí)時(shí)傳送給機載無(wú)線(xiàn)電數據終端，經(jīng)無(wú)線(xiàn)電下行信道發(fā)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、數據采集模塊以及舵機驅動(dòng)模塊等。

二、增穩云臺

功能：

穩定平臺，對于任務(wù)設備來(lái)說(shuō)太重要了，是用來(lái)給相機增穩的部分，幾千米的高度上誤差個(gè)幾分幾秒就能差出去幾十米。它主要通過(guò)傳感器感知機身的動(dòng)作，通過(guò)電機驅動(dòng)讓相機保持原來(lái)的位置，抵消機身晃動(dòng)或者震動(dòng)的影響。云臺主要考察幾個(gè)性能：增穩精度、兼容性(一款云臺能適配幾款相機和鏡頭)和轉動(dòng)范圍(分為俯仰、橫滾和旋轉三個(gè)軸)，如果遇到變焦相機，就更加考驗云臺的增穩精度了，因為經(jīng)過(guò)長(cháng)距離的變焦，一點(diǎn)點(diǎn)輕微的震動(dòng)都會(huì )讓畫(huà)面抖動(dòng)得很厲害。

現時(shí)的航拍云臺主要由無(wú)刷電機驅動(dòng)，在水平、橫滾、俯仰三個(gè)軸向對相機進(jìn)行增穩，可搭載的攝影器材從小攝像頭到GoPro，再到微單/無(wú)反相機，甚至全畫(huà)幅單反以及專(zhuān)業(yè)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。

上面三個(gè)演示的是機身不動(dòng)、相機動(dòng)的效果，但實(shí)際上云臺工作時(shí)，是相機不動(dòng)，而機身動(dòng)。所以在空中時(shí)，無(wú)人機的機身不斷在動(dòng)作，云臺依然可以保相機鏡頭的位置，達到增穩的效果。

分類(lèi)：

目前市面上常見(jiàn)的有三軸增穩云臺和兩軸增穩云臺。

三軸穩定航拍云臺是現在主流航拍無(wú)人機所采用的航拍防抖云臺，如：億航GhostDrone2.0、零度XPLORER、大疆Phantom3都使用了3軸航拍穩定器的，優(yōu)點(diǎn)是對航拍時(shí)的畫(huà)面有全方位的穩定，保證畫(huà)面清晰穩定;而缺點(diǎn)是工程造價(jià)較貴，由于電機控制，所以相對會(huì )耗電，降低航拍的續航時(shí)間。

兩軸穩定航拍云臺其實(shí)是三軸穩定航拍云臺的縮減版，在市場(chǎng)上一些定位在低端產(chǎn)品的無(wú)人機所大量采用，原因是兩軸穩定器能夠降低成本，省去了垂直方向上的穩定補償，對耗電也會(huì )有所幫助。大多航拍用的無(wú)人機都是軸對稱(chēng)的結構，而軸對稱(chēng)結構在垂直方向上的晃動(dòng)都不是太厲害，在大疆Phantom2代中，無(wú)人機的腳架是作為天線(xiàn)的作用，在飛行中，不能夠收起腳架，而航拍相機的水平轉動(dòng)，會(huì )讓航拍過(guò)程中到無(wú)人機的腳架，所以實(shí)際的作用并非必要，此類(lèi)型航拍云臺。

無(wú)人機航拍云臺上的耗電是影響無(wú)人機飛行的一大因素，在穩定云臺的電機耗電上，有網(wǎng)友實(shí)際測試，在其他因素相同的情況下，在不安裝航拍云臺下，飛行時(shí)間能夠長(cháng)達26分鐘，而安裝航拍云臺后，飛行時(shí)間下降至18分鐘，安裝了云臺后下降了30%的續航時(shí)間。

三、圖傳

無(wú)人機圖像傳輸系統就是將天空中處于飛行狀態(tài)的無(wú)人機所拍攝的畫(huà)面實(shí)時(shí)穩定的發(fā)射給地面無(wú)線(xiàn)圖傳遙控接收設備。

整個(gè)圖傳工作過(guò)程大致如下(以數字圖傳為例)：無(wú)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(wú)人機上的圖傳信號發(fā)送器，然后由圖傳信號發(fā)送器的2.4GHz無(wú)線(xiàn)信號(市面上單賣(mài)的無(wú)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(guò)HDMI傳輸到顯示設備上(顯示器或平板電視)，或者是通過(guò)USB傳輸到手機與平板電腦上。由此，操控者就能實(shí)時(shí)地監控到無(wú)人機航拍的圖像。

無(wú)人機飛行范圍有限，過(guò)大會(huì )遙控信號變差，同時(shí)實(shí)時(shí)高清圖傳也是個(gè)問(wèn)題。圖像傳輸距離的遠近，圖像傳輸質(zhì)量的好壞，圖像傳輸的穩定性等是衡量無(wú)人機圖傳性能的關(guān)鍵因素。同時(shí)圖像傳輸系統的性能是區分無(wú)人機檔次的一個(gè)關(guān)鍵因素。

現有的圖傳主要有模擬和數字兩種，而其組成部分主要由發(fā)射端、接收端和顯示端三部分。

(1) 模擬圖傳

早期的圖傳設備都采用的是模擬制式，它的特點(diǎn)是只要圖傳發(fā)射端和接收端工作在一個(gè)頻段上，就可以收到畫(huà)面。

優(yōu)點(diǎn)：

1)價(jià)格低廉，市面上的模擬圖傳發(fā)射和接受套裝通常在1000元以?xún)?/p>

2)可以多個(gè)接收同時(shí)接收視頻信號，模擬圖傳的發(fā)射端相當于廣播，只要接收端的頻率和發(fā)射端一致，就可以接收到視頻信號，方便多人觀(guān)看;選擇較多、搭配不同的天線(xiàn)可實(shí)現不同的接收效果;

3)工作距離較遠，以常用的600mw圖傳發(fā)射為例，開(kāi)闊地工作距離在2km以上;

4)配合無(wú)信號時(shí)顯示雪花的顯示屏，在信號微弱時(shí)，也能勉強判斷飛機姿態(tài);

5)一體化的視頻接受及DVR(錄像)和FPV專(zhuān)用視頻眼鏡技術(shù)成熟，產(chǎn)品選擇多;

6)視頻信號基本沒(méi)有延遲，對于低空高速飛行必備。

缺點(diǎn)：

1) 發(fā)射、接受和天線(xiàn)的產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，新手玩家選擇困難;

2) 易受到同頻干擾，兩個(gè)發(fā)射端的頻率若接近時(shí)，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(xiàn)、安裝，調試需要一定經(jīng)驗，對于新手而言增加學(xué)習成本;

4) 飛行時(shí)安裝連接天線(xiàn)、接收端電池、顯示器支架等過(guò)程繁瑣;

5) 沒(méi)有DVR(視頻錄制)功能的接收端無(wú)法實(shí)時(shí)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(fā)射端通常安裝在機身外，影響一體機的美觀(guān);

7) 玩家個(gè)人安裝的圖傳天線(xiàn)若安裝不當，可能在有的飛行姿態(tài)下會(huì )被機身遮擋，導致此時(shí)接受信號欠佳，影響飛行安全;

8) 視頻帶寬小，畫(huà)質(zhì)較差，通常分辨率在640*480，影響拍攝時(shí)的感觀(guān)。

適應人群：有一定基礎，對穿越飛行等項目熱衷的進(jìn)階玩家

(2) 數字圖傳

現在廠(chǎng)商所開(kāi)發(fā)的無(wú)人機套機通常都搭載了專(zhuān)用的數字圖傳，它的視頻傳輸方式是通過(guò)2.4g或5.8g的數字信號進(jìn)行。

優(yōu)點(diǎn)：

1) 使用方便，通常只需在遙控器上安裝手機/平板電腦作為顯示器即可;

2) 中高端產(chǎn)品的圖像傳輸質(zhì)量較高，分辨率可達720p甚至1080p;

3) 中高端產(chǎn)品的傳輸距離亦可達2km，與普通模擬圖傳相媲美;

4) 實(shí)時(shí)回看拍攝的照片和視頻方便;

5) 集成在機身內，可靠性較高，一體化設計較為美觀(guān)。

缺點(diǎn)：

1) 中高端產(chǎn)品的價(jià)格昂貴;

2) 低端產(chǎn)品的有效距離短和圖像延遲問(wèn)題非常嚴重，影響飛行體驗和遠距離飛行安全;

3) 普通手機和平板電腦在沒(méi)有配備遮光罩的情況下，在室外環(huán)境下飛行時(shí)，較低的屏幕亮度使得飛手難以看清畫(huà)面;

4) 限于廠(chǎng)商實(shí)力和研發(fā)成本，不同的數字圖傳對手機/平板作為顯示器的兼容性沒(méi)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要求，但對于穿越飛行而言目前的數字圖傳延遲仍然較要實(shí)現航拍功能時(shí)需外接顯示器或使用手機/平板電腦作為顯示器。