無(wú)人機(jī)飛控、增穩(wěn)云臺(tái)、圖傳模塊選型解讀

一、飛控

無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)是指能夠穩(wěn)定無(wú)人機(jī)飛行姿態(tài)，并能控制無(wú)人機(jī)自主或半自主飛行的控制系統(tǒng)，是無(wú)人機(jī)的大腦，也是區(qū)別于航模的最主要標(biāo)志，簡(jiǎn)稱飛控。

飛控的作用就是通過(guò)飛控板上的陀螺儀，對(duì)四軸飛行狀態(tài)進(jìn)行快速調(diào)整(都是瞬間的事，不要妄想用人肉完成)。如發(fā)現(xiàn)右邊力量大，向左傾斜，那么就減弱右邊電流輸出，電機(jī)變慢、升力變小，自然就不再向左傾斜。如果沒(méi)有飛控系統(tǒng)，四軸飛行器就會(huì)因?yàn)榘惭b、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(tǒng)實(shí)時(shí)采集各傳感器測(cè)量的飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)、接收無(wú)線電測(cè)控終端傳輸?shù)挠傻孛鏈y(cè)控站上行信道送來(lái)的控制命令及數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算處理，輸出控制指令給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)中各種飛行模態(tài)的控制和對(duì)任務(wù)設(shè)備的管理與控制;同時(shí)將無(wú)人機(jī)的狀態(tài)數(shù)據(jù)及發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)載電源系統(tǒng)、任務(wù)設(shè)備的工作狀態(tài)參數(shù)實(shí)時(shí)傳送給機(jī)載無(wú)線電數(shù)據(jù)終端，經(jīng)無(wú)線電下行信道發(fā)送回地面測(cè)控站。飛控系統(tǒng)的硬件主要包括：主控制模塊、信號(hào)調(diào)理及接口模塊、數(shù)據(jù)采集模塊以及舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊等。

二、增穩(wěn)云臺(tái)

功能：

穩(wěn)定平臺(tái)，對(duì)于任務(wù)設(shè)備來(lái)說(shuō)太重要了，是用來(lái)給相機(jī)增穩(wěn)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(jī)身的動(dòng)作，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)讓相機(jī)保持原來(lái)的位置，抵消機(jī)身晃動(dòng)或者震動(dòng)的影響。云臺(tái)主要考察幾個(gè)性能：增穩(wěn)精度、兼容性(一款云臺(tái)能適配幾款相機(jī)和鏡頭)和轉(zhuǎn)動(dòng)范圍(分為俯仰、橫滾和旋轉(zhuǎn)三個(gè)軸)，如果遇到變焦相機(jī)，就更加考驗(yàn)云臺(tái)的增穩(wěn)精度了，因?yàn)榻?jīng)過(guò)長(zhǎng)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(xiàn)時(shí)的航拍云臺(tái)主要由無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)，在水平、橫滾、俯仰三個(gè)軸向?qū)ο鄼C(jī)進(jìn)行增穩(wěn)，可搭載的攝影器材從小攝像頭到GoPro，再到微單/無(wú)反相機(jī)，甚至全畫(huà)幅單反以及專業(yè)級(jí)電影機(jī)都可以。攝影器材越大，云臺(tái)就越大，相應(yīng)的機(jī)架也就越大。

上面三個(gè)演示的是機(jī)身不動(dòng)、相機(jī)動(dòng)的效果，但實(shí)際上云臺(tái)工作時(shí)，是相機(jī)不動(dòng)，而機(jī)身動(dòng)。所以在空中時(shí)，無(wú)人機(jī)的機(jī)身不斷在動(dòng)作，云臺(tái)依然可以保相機(jī)鏡頭的位置，達(dá)到增穩(wěn)的效果。

分類：

目前市面上常見(jiàn)的有三軸增穩(wěn)云臺(tái)和兩軸增穩(wěn)云臺(tái)。

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

兩軸穩(wěn)定航拍云臺(tái)其實(shí)是三軸穩(wěn)定航拍云臺(tái)的縮減版，在市場(chǎng)上一些定位在低端產(chǎn)品的無(wú)人機(jī)所大量采用，原因是兩軸穩(wěn)定器能夠降低成本，省去了垂直方向上的穩(wěn)定補(bǔ)償，對(duì)耗電也會(huì)有所幫助。大多航拍用的無(wú)人機(jī)都是軸對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，而軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)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(jī)的腳架是作為天線的作用，在飛行中，不能夠收起腳架，而航拍相機(jī)的水平轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)讓航拍過(guò)程中到無(wú)人機(jī)的腳架，所以實(shí)際的作用并非必要，此類型航拍云臺(tái)。

無(wú)人機(jī)航拍云臺(tái)上的耗電是影響無(wú)人機(jī)飛行的一大因素，在穩(wěn)定云臺(tái)的電機(jī)耗電上，有網(wǎng)友實(shí)際測(cè)試，在其他因素相同的情況下，在不安裝航拍云臺(tái)下，飛行時(shí)間能夠長(zhǎng)達(dá)26分鐘，而安裝航拍云臺(tái)后，飛行時(shí)間下降至18分鐘，安裝了云臺(tái)后下降了30%的續(xù)航時(shí)間。

三、圖傳

無(wú)人機(jī)圖像傳輸系統(tǒng)就是將天空中處于飛行狀態(tài)的無(wú)人機(jī)所拍攝的畫(huà)面實(shí)時(shí)穩(wěn)定的發(fā)射給地面無(wú)線圖傳遙控接收設(shè)備。

整個(gè)圖傳工作過(guò)程大致如下(以數(shù)字圖傳為例)：無(wú)人機(jī)上掛載的視頻拍攝裝置將采集的視頻信號(hào)傳輸?shù)桨惭b在無(wú)人機(jī)上的圖傳信號(hào)發(fā)送器，然后由圖傳信號(hào)發(fā)送器的2.4GHz無(wú)線信號(hào)(市面上單賣的無(wú)人機(jī)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(tǒng)，由接收系統(tǒng)再通過(guò)HDMI傳輸?shù)斤@示設(shè)備上(顯示器或平板電視)，或者是通過(guò)USB傳輸?shù)绞謾C(jī)與平板電腦上。由此，操控者就能實(shí)時(shí)地監(jiān)控到無(wú)人機(jī)航拍的圖像。

無(wú)人機(jī)飛行范圍有限，過(guò)大會(huì)遙控信號(hào)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(yuǎn)近，圖像傳輸質(zhì)量的好壞，圖像傳輸?shù)姆€(wěn)定性等是衡量無(wú)人機(jī)圖傳性能的關(guān)鍵因素。同時(shí)圖像傳輸系統(tǒng)的性能是區(qū)分無(wú)人機(jī)檔次的一個(gè)關(guān)鍵因素。

現(xiàn)有的圖傳主要有模擬和數(shù)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(shè)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元以內(nèi)

2)可以多個(gè)接收同時(shí)接收視頻信號(hào)，模擬圖傳的發(fā)射端相當(dāng)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(hào)，方便多人觀看;選擇較多、搭配不同的天線可實(shí)現(xiàn)不同的接收效果;

3)工作距離較遠(yuǎn)，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(hào)時(shí)顯示雪花的顯示屏，在信號(hào)微弱時(shí)，也能勉強(qiáng)判斷飛機(jī)姿態(tài);

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

6)視頻信號(hào)基本沒(méi)有延遲，對(duì)于低空高速飛行必備。

缺點(diǎn)：

1) 發(fā)射、接受和天線的產(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(dǎo)致本機(jī)的視頻信號(hào)被別人的圖傳信號(hào)插入，導(dǎo)致飛機(jī)丟失;

3) 接線、安裝，調(diào)試需要一定經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于新手而言增加學(xué)習(xí)成本;

4) 飛行時(shí)安裝連接天線、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(jī)身外，影響一體機(jī)的美觀;

7) 玩家個(gè)人安裝的圖傳天線若安裝不當(dāng)，可能在有的飛行姿態(tài)下會(huì)被機(jī)身遮擋，導(dǎo)致此時(shí)接受信號(hào)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。

適應(yīng)人群：有一定基礎(chǔ)，對(duì)穿越飛行等項(xiàng)目熱衷的進(jìn)階玩家

(2) 數(shù)字圖傳

現(xiàn)在廠商所開(kāi)發(fā)的無(wú)人機(jī)套機(jī)通常都搭載了專用的數(shù)字圖傳，它的視頻傳輸方式是通過(guò)2.4g或5.8g的數(shù)字信號(hào)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(jī)/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(dá)720p甚至1080p;

3) 中高端產(chǎn)品的傳輸距離亦可達(dá)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(jī)身內(nèi)，可靠性較高，一體化設(shè)計(jì)較為美觀。

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(yán)重，影響飛行體驗(yàn)和遠(yuǎn)距離飛行安全;

3) 普通手機(jī)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) 限于廠商實(shí)力和研發(fā)成本，不同的數(shù)字圖傳對(duì)手機(jī)/平板作為顯示器的兼容性沒(méi)有充分驗(yàn)證，某些型號(hào)可能適配較差。

適應(yīng)人群：新手玩家，中高端數(shù)字圖傳亦可適應(yīng)高端玩家要求，但對(duì)于穿越飛行而言目前的數(shù)字圖傳延遲仍然較要實(shí)現(xiàn)航拍功能時(shí)需外接顯示器或使用手機(jī)/平板電腦作為顯示器。