無人機飛控、增穩(wěn)云臺、圖傳模塊選型解讀

一、飛控

無人機飛行控制系統(tǒng)是指能夠穩(wěn)定無人機飛行姿態(tài)，并能控制無人機自主或半自主飛行的控制系統(tǒng)，是無人機的大腦，也是區(qū)別于航模的最主要標志，簡稱飛控。

飛控的作用就是通過飛控板上的陀螺儀，對四軸飛行狀態(tài)進行快速調(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，電機變慢、升力變小，自然就不再向左傾斜。如果沒有飛控系統(tǒng)，四軸飛行器就會因為安裝、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，根本無法飛行。

工作過程大致如下：飛控系統(tǒng)實時采集各傳感器測量的飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)、接收無線電測控終端傳輸?shù)挠傻孛鏈y控站上行信道送來的控制命令及數(shù)據(jù)，經(jīng)計算處理，輸出控制指令給執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)對無人機中各種飛行模態(tài)的控制和對任務(wù)設(shè)備的管理與控制;同時將無人機的狀態(tài)數(shù)據(jù)及發(fā)動機、機載電源系統(tǒng)、任務(wù)設(shè)備的工作狀態(tài)參數(shù)實時傳送給機載無線電數(shù)據(jù)終端，經(jīng)無線電下行信道發(fā)送回地面測控站。飛控系統(tǒng)的硬件主要包括：主控制模塊、信號調(diào)理及接口模塊、數(shù)據(jù)采集模塊以及舵機驅(qū)動模塊等。

二、增穩(wěn)云臺

功能：

穩(wěn)定平臺，對于任務(wù)設(shè)備來說太重要了，是用來給相機增穩(wěn)的部分，幾千米的高度上誤差個幾分幾秒就能差出去幾十米。它主要通過傳感器感知機身的動作，通過電機驅(qū)動讓相機保持原來的位置，抵消機身晃動或者震動的影響。云臺主要考察幾個性能：增穩(wěn)精度、兼容性(一款云臺能適配幾款相機和鏡頭)和轉(zhuǎn)動范圍(分為俯仰、橫滾和旋轉(zhuǎn)三個軸)，如果遇到變焦相機，就更加考驗云臺的增穩(wěn)精度了，因為經(jīng)過長距離的變焦，一點點輕微的震動都會讓畫面抖動得很厲害。

現(xiàn)時的航拍云臺主要由無刷電機驅(qū)動，在水平、橫滾、俯仰三個軸向?qū)ο鄼C進行增穩(wěn)，可搭載的攝影器材從小攝像頭到GoPro，再到微單/無反相機，甚至全畫幅單反以及專業(yè)級電影機都可以。攝影器材越大，云臺就越大，相應(yīng)的機架也就越大。

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

分類：

目前市面上常見的有三軸增穩(wěn)云臺和兩軸增穩(wěn)云臺。

三軸穩(wěn)定航拍云臺是現(xiàn)在主流航拍無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(wěn)定器的，優(yōu)點是對航拍時的畫面有全方位的穩(wěn)定，保證畫面清晰穩(wěn)定;而缺點是工程造價較貴，由于電機控制，所以相對會耗電，降低航拍的續(xù)航時間。

兩軸穩(wěn)定航拍云臺其實是三軸穩(wěn)定航拍云臺的縮減版，在市場上一些定位在低端產(chǎn)品的無人機所大量采用，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)定補償，對耗電也會有所幫助。大多航拍用的無人機都是軸對稱的結(jié)構(gòu)，而軸對稱結(jié)構(gòu)在垂直方向上的晃動都不是太厲害，在大疆Phantom2代中，無人機的腳架是作為天線的作用，在飛行中，不能夠收起腳架，而航拍相機的水平轉(zhuǎn)動，會讓航拍過程中到無人機的腳架，所以實際的作用并非必要，此類型航拍云臺。

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

三、圖傳

無人機圖像傳輸系統(tǒng)就是將天空中處于飛行狀態(tài)的無人機所拍攝的畫面實時穩(wěn)定的發(fā)射給地面無線圖傳遙控接收設(shè)備。

整個圖傳工作過程大致如下(以數(shù)字圖傳為例)：無人機上掛載的視頻拍攝裝置將采集的視頻信號傳輸?shù)桨惭b在無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無線信號(市面上單賣的無人機圖傳套件有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(tǒng)，由接收系統(tǒng)再通過HDMI傳輸?shù)斤@示設(shè)備上(顯示器或平板電視)，或者是通過USB傳輸?shù)绞謾C與平板電腦上。由此，操控者就能實時地監(jiān)控到無人機航拍的圖像。

無人機飛行范圍有限，過大會遙控信號變差，同時實時高清圖傳也是個問題。圖像傳輸距離的遠近，圖像傳輸質(zhì)量的好壞，圖像傳輸?shù)姆€(wěn)定性等是衡量無人機圖傳性能的關(guān)鍵因素。同時圖像傳輸系統(tǒng)的性能是區(qū)分無人機檔次的一個關(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，它的特點是只要圖傳發(fā)射端和接收端工作在一個頻段上，就可以收到畫面。

優(yōu)點：

1)價格低廉，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)可以多個接收同時接收視頻信號，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，方便多人觀看;選擇較多、搭配不同的天線可實現(xiàn)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，開闊地工作距離在2km以上;

4)配合無信號時顯示雪花的顯示屏，在信號微弱時，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專用視頻眼鏡技術(shù)成熟，產(chǎn)品選擇多;

6)視頻信號基本沒有延遲，對于低空高速飛行必備。

缺點：

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，兩個發(fā)射端的頻率若接近時，很有可能導(dǎo)致本機的視頻信號被別人的圖傳信號插入，導(dǎo)致飛機丟失;

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

4) 飛行時安裝連接天線、接收端電池、顯示器支架等過程繁瑣;

5) 沒有DVR(視頻錄制)功能的接收端無法實時回看視頻，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;

7) 玩家個人安裝的圖傳天線若安裝不當，可能在有的飛行姿態(tài)下會被機身遮擋，導(dǎo)致此時接受信號欠佳，影響飛行安全;

8) 視頻帶寬小，畫質(zhì)較差，通常分辨率在640*480，影響拍攝時的感觀。

適應(yīng)人群：有一定基礎(chǔ)，對穿越飛行等項目熱衷的進階玩家

(2) 數(shù)字圖傳

現(xiàn)在廠商所開發(fā)的無人機套機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2.4g或5.8g的數(shù)字信號進行。

優(yōu)點：

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) 實時回看拍攝的照片和視頻方便;

5) 集成在機身內(nèi)，可靠性較高，一體化設(shè)計較為美觀。

缺點：

1) 中高端產(chǎn)品的價格昂貴;

2) 低端產(chǎn)品的有效距離短和圖像延遲問題非常嚴重，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有配備遮光罩的情況下，在室外環(huán)境下飛行時，較低的屏幕亮度使得飛手難以看清畫面;

4) 限于廠商實力和研發(fā)成本，不同的數(shù)字圖傳對手機/平板作為顯示器的兼容性沒有充分驗證，某些型號可能適配較差。

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，但對于穿越飛行而言目前的數(shù)字圖傳延遲仍然較要實現(xiàn)航拍功能時需外接顯示器或使用手機/平板電腦作為顯示器。