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什么是无人机?无人机原理

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什么是无人机?无人机原理

在过去几年中,无人机用于航空摄影的应用迅速增长,现在系统的形状和大小多种多样,从小型业余飞机到复杂的商业系统都有。无论你是初学者,只是想找乐子,还是有经验的摄影师探索新的创新机会从来没有比这更好的时间来尝试这项技术了。

如果你以前从未驾驶过无人机,那么无人机有可能会有点吓人。在这篇文章中,我们将向您介绍构成大多数消费无人机系统的基本特性和组件。

无人机系统里有什么?

让我们把词汇表移开。虽然将遥控飞机称为无人机是很常见的,但你也可能会遇到无人驾驶飞行器(英文名称UAV)或无人驾驶飞机系统(UAS)等术语,而专业飞行员通常更喜欢使用这些描述。无人机和无人机这两个词在很大程度上是可以互换的,因为它们都是指飞机,而无人机是指整个飞机系统。

无人机系统里有什么?

每个无人机系统都有点不同,但是有一些基本的共同点。除了飞机,他们通常包括一个锂聚合物电池的动力,一个相机安装在一个稳定的云台,和一个无线电通信系统。大多数产品还包括专用控制器,不过一些价格较低的消费者车型仅可通过智能手机进行控制。

从表面上看,大多数无人机似乎都是简单的设备,但它们实际上是围绕着一些相当先进的技术制造的,这使得它们更容易飞行。这包括用于跟踪无人机位置的全球定位系统(GPS)、帮助避免意外碰撞的各种传感器,以及能够自动聚焦于感兴趣点或跟踪移动物体的智能飞行模式。

飞机

任何系统的核心都是飞机,而今天大多数的消费性和非消费性无人机都是四翼飞机。今天,所有为照片和视频设计的多旋翼无人机系统都使用固定螺距螺旋桨系统.大多数型号使用可拆卸螺旋桨,由塑料/玻璃纤维复合材料,有一个简单的扭转锁定系统,以保持螺旋桨的位置。或者,一些人将使用折叠螺旋桨系统。

在DJI幻影4 Pro(L)上的扭锁支柱和DJI Mavic Pro(R)上的折叠式道具

在DJI幻影4 Pro(L)上的扭锁支柱和DJI Mavic Pro(R)上的折叠式道具

无人机的螺旋桨是由无刷电动机以极高的速度旋转以产生飞行所需的推力。每台电机都有一个相应的速度控制器单元,允许对转子的速度进行轻微的调整;通过改变各个电机的相对速度,就有可能产生俯仰、偏航、滚转和高度。

飞行控制器

飞行控制器是无人机的直接指挥官,两者通过无线电控制系统连接,通常在2.4或5.8GHz。从飞行控制器上的棒输入发送信号给飞机,指示它调整每个马达上的速度控制器,允许你操纵无人机。额外的输入允许您控制相机和其他特定于您正在飞行的模型的功能。

用于指挥和控制的同样的无线电信号还允许将视频信号从无人机传送到控制器的屏幕,为拍摄照片或视频提供实时视图。在许多情况下,屏幕只是一个Android或IOS设备,运行您已经安装并与控制器配对的控制应用程序,尽管有些模型有自己的内置屏幕。

除了观看实时视频外,屏幕还允许您监视飞机上的遥测数据,并包括您希望用于摄影的所有控件,如自定义WB、括号、拍摄风格和其他相机设置。

云台

如果你正计划从空中拍摄照片或视频,关键是你的相机要尽可能的保持稳定。大多数无人机在机动或修正以保持位置时,实际上移动了相当多的时间。作为补偿,相机安装在云台上:一种将其与无人机的振动和运动隔离开来的装置。大多数无人机使用的三轴系统,允许偏航(旋转稳定),俯仰(在前后移动中保持地平线),和滚动(保持地平线在侧对侧移动)。

使用非常精确的无刷电机,并将相机保持在适当的位置,这样视频和照片(包括长时间曝光)看起来非常棒。事实上,如果你观察一架无人机在温和的风中飞行,你会注意到一些很小的动作,但是有了一个好的云台 ,相机的图像将是坚如磐石的。一些系统还提供双操作者模式,允许飞行员飞行,而另一个相机操作员运行云台。这是拍摄视频的终极模式!

除了控制无人机的运动外,大多数飞行控制器还包括额外的输入,以便直接控制相机的运动和快门/记录按钮。许多其他功能可通过触摸屏提供。

除了控制无人机的运动外,大多数飞行控制器还包括额外的输入,以便直接控制相机的运动和快门/记录按钮。许多其他功能可通过触摸屏提供。

全球定位系统

一旦你的无人机在空中,你希望它保持它的位置,即使在刮风的条件下。虽然熟练的飞行员可以在没有帮助的情况下完成这项任务,但今天的所有无人机都依赖GPS技术,通常同时使用全球定位系统和GLONASS(俄罗斯GPS系统)来实现这一任务的高度精确自动化。

好消息是,全球定位系统(GPS)令人惊讶地易于保持、直线飞行或绕着物体飞行,而计算机则做了一些小的调整,以补偿风向和湍流,因此,无人机的飞行往往比人们预期的要容易得多。然而,像任何技术一样,GPS也可能失效。因此,在没有全球定位系统的帮助下学习驾驶无人机是一项重要的学习技能。

避碰系统

在过去的几年里,一个巨大的进步是开发了利用视觉、声波和红外传感器来规避障碍的避碰系统。视觉系统可以“看到”物体,并在飞机撞击物体之前停止飞行,但是它们通常有一个有限的范围(15米/50英尺),而太阳有时会让它们认为什么东西在什么东西都没有的时候,会产生问题。

视觉系统可以看到物体,并在飞机撞击物体之前停止飞行,但是它们通常有一个有限的范围(15/50英尺)

声波系统使用声音(就像蝙蝠一样)探测物体,通常是针对地面的,用于自动着陆和地面“定位”,而不是全球定位系统(Gps)。最后,红外(红外)传感器是一个相对较新的选择和工作基于反射红外光谱光。这些都是短距离,在低光线下有问题,但工作方式类似视觉系统的障碍回避。

在DJI Mavic Pro的前面,看起来像臭虫眼睛的小圆圈是用于避碰系统的视觉感应器。
在DJI Mavic Pro的前面,看起来像臭虫眼睛的小圆圈是用于避碰系统的视觉感应器。

这些系统是用来做什么的?大多数情况下,协助新飞行员避免与其附近的物体相撞,以及通过允许无人机避开树木或其他障碍,防止飞机在返回家园时丢失。然而,重要的是要记住,机长总是对飞机负责。避免碰撞系统是有用的,但不是绝对正确的,所以不要依附不让你惹上麻烦!

电池

大多数无人机使用锂聚合物或“脂”电池。这些电池有各种各样的形状、大小和功率等级。“智能唇”电池内置充放电调节器和传感器,可以通过应用程序或按下按钮来报告电池电压和温度。通常,LPO电池同时运行控制器和飞机,飞行时间通常从15到30分钟不等。

脂肪电池能量密集,需要特别小心,如果处理不当,可能会很危险。如果你不采取适当的预防措施,带着这些电池旅行是有风险的,而且在大多数国家,当你在飞机上使用这些电池时,都有特定的规则。

脂电池能量密集,需要特别注意,如果处理不当,可能会很危险。

智能飞行模式

最初,无人机只是一种工具,可以让你把相机从地面飞到空中,但多亏了所有的技术,现代飞机通常可以做得更多。

智能飞行模式使得飞行员能够以极小的努力拍摄到非常有创意的照片。

如今,许多无人机包括各种半自主(“智能”)飞行模式,它们使用gps、计算机视觉和主动跟踪等技术来帮助完成更复杂的任务。常见的例子包括能够主动跟踪和跟踪一个物体的移动,围绕一个感兴趣的点,或编程的方式点,无人机跟随。

智能飞行模式使得飞行员能够以极小的努力获得非常有创意的镜头。在某种意义上,这有点像有一个单独的无人机操作员,而你专注于创新的一面。这些模式是特别有帮助的,如果你的意图是拍摄视频,因为他们可以使你的镜头看起来非常电影。

智能飞行模式之一,航路点(见图),可以把你的幻影4 Pro变成一个强大的测量工具,有能力收集数据前所未有!
智能飞行模式之一,航路点(见图),可以把你的幻影4 Pro变成一个强大的测量工具,有能力收集数据前所未有!

无人机是一种令人惊奇的工具,它可以让我们远程、安全地完成任务,而且不会让载人飞机受到威胁。随着技术的进步,这些设备的性能只会越来越好。如果你一直在寻找一种方法来为你的照片或视频带来一个新的视角,那就考虑把它带到天空去吧。

什么是无人机?无人机原理认证作者,无人机行业知名站长,知乎无人机专栏创作者。
认证作者 大毛无人机 所有文章 | 网站

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