偉烽恒开云体育下载安装助力無人機自動懸停

發布時間：2022年03月03日 15時43分49秒

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　　自動懸停的意思就是將無人機固定在預設的高度位置與(yu) 水平位置上，其實也就是一組三維座標。不過，無人機是如何知道自己的位置的呢?其實說起來也很簡單，高度一般來說是通過超聲波傳(chuan) 感器(測量與(yu) 地麵的距離，比較少見)或者是氣壓計(高度會(hui) 影響大氣壓的變化)來測量的，而水平位置的座標則由GPS模塊來確定。

　　當然，GPS也可以提供高度信息，但對於(yu) 主流的無人機來說，更傾(qing) 向於(yu) 使用氣壓計，因為(wei) 低成本的GPS的數據刷新率太低，在高速運動的時候數據滯後會(hui) 導致無人機高度跌落。

　　除了GPS模式來定位外，無人機還有一種“姿態模式”，依靠的是內(nei) 部的IMU(慣性測量單元，實際上就是一組陀螺儀(yi) +加速度計傳(chuan) 感器)來識別自身的飛行狀態和相對位移。

　　智能調節係統消除外界幹擾

　　通過各種傳(chuan) 感器知道自己的高度與(yu) 水平位置之後，無人機要如何懸停在這個(ge) 預設的位置上呢?這其實就是一套負反饋自動控製係統(意思就是偏離預設值就自動調整回來)。

　　以GPS模式為(wei) 例，當無人機受到外界影響，高度有升高或者降低的趨勢時，控製單元就調節馬達的功率進行反方向運動補償(chang) ;如果無人機有被風橫向吹離懸停位置的趨勢，控製單元可以啟動側(ce) 飛模式與(yu) 之抵消——這些反應都是比較快的，隻要外界影響不是大得離譜(專(zhuan) 業(ye) 多軸無人機一般抗四級風沒有問題)，專(zhuan) 業(ye) 的無人機都可以應付，你所看到的就是它穩穩地定在那裏沒有動。

　　無人機得以懸停依靠哪些模塊，一直都比較讓大家困惑，無意間看到這篇文章，轉載與(yu) 大家共勉。

　　在天氣不是很好，GPS搜星困難的時候，姿態模式就派上用場了。依靠無人機內(nei) 部的IMU單元，係統可以識別當前的飛行姿態，進行自動平衡補償(chang) ，同樣可以實現高度和水平位置的鎖定。

　　無人機懸停精度如何?

　　一般來說，萬(wan) 元以下的發燒玩家級無人機可以實現誤差在垂直0.8米、水平2.5米精度範圍內(nei) 自動懸停，其他機型的懸停精度在產(chan) 品參數表中都有標明。當然，這個(ge) 級別的無人機也具備“專(zhuan) 家模式”，你可以通過手動來進行高精度的微調。2000元級的無人機也有帶GPS係統的機型，可以實現智能懸停，當然穩定性會(hui) 比發燒級要差一些;800～1000元級別的機型，一般還是可以依靠IMU單元來實現懸停，精度和穩定度則更差一些;至於(yu) 更入門的娛樂(le) 機型——就隻能靠你靈巧的雙手來穩住了。

　　大疆的“悟”係列可以在沒有GPS信號的室內(nei) 通過“視覺定位”實現定點懸停

　　無人機得知道自己在三維空間裏的坐標，也就是知道自己在哪兒(er) ，才能找到需要懸停的位置，而這個(ge) 坐標是靠GPS、氣壓計或者是超聲波傳(chuan) 感器、攝像頭來實現的。GPS就很好理解了，大家都用過手機的GPS導航，無人機也一樣，可以方便地通過GPS讀數來了解自己所處的水平坐標。

　　除了水平坐標，還需要一個(ge) 高度值才能確定無人機懸停的位置。雖然GPS也可以讀取高度參數，但數據刷新率不夠理想，可能會(hui) 導致無人機高度掉落，所以現在專(zhuan) 業(ye) 無人機一般都采用氣壓計來讀取高度參數(原理很簡單，大氣壓是隨高度變化而變化的)。

　　剩下的事就交給飛控了，它會(hui) 通過負反饋(高了就調低，遠了就調近)的自動控製方式來讓無人機穩定在預設的坐標點上進行懸停。

　　另外，如果沒有GPS信號(天氣不好，搜不到衛星的情況也比較常見)，無人機也可以依靠自身的IMU(慣性單元)來實現姿態飛控模式，憑借飛控員的手動操作，讓它到達預定位置進行懸停。大疆的“悟”係列高端產(chan) 品在沒有GPS信號的室內(nei) 可以通過超聲波傳(chuan) 感器和攝像頭進行“視覺定位”，在同類產(chan) 品中比較突出。

　　而懸停精度方麵，像大疆精靈2這類產(chan) 品水平精度可達2.5m，垂直精度可達0.8m(最高端的“悟”係列也隻是把垂直精度提升到了0.5m)

　　超聲測距

　　通過超聲波發射裝置發出超聲波，根據接收器接到超聲波時的時間差就可以知道距離了。這與(yu) 雷達測距原理相似。 超聲波發射器向某一方向發射超聲波，在發射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳(chuan) 播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。(超聲波在空氣中的傳(chuan) 播速度為(wei) 340m/s，根據計時器記錄的時間t，就可以計算出發射點距障礙物的距離(s)，即:s=340t/2)

　　超聲波指向性強，在介質中傳(chuan) 播的距離較遠，因而超聲波經常用於(yu) 距離的測量，如測距儀(yi) 和物 位測量儀(yi) 等都可以通過超聲波來實現。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易於(yu) 做到實時控製，並且在測量精度方麵能達到工業(ye) 實用的要求，因此在移 動機器人的研製上也得到了廣泛的應用。

　　為(wei) 了使移動機器人能自動避障行走，就必須裝備測距係統，以使其及時獲取距障礙物的距離信息(距離和方向)。本文所介紹的三方向(前、左、右)超聲波測距係統，就是為(wei) 機器人了解其前方、左側(ce) 和右側(ce) 的環境而提供一個(ge) 運動距離信息。

　　為(wei) 了研究和利用超聲波，人們(men) 已經設計和製成了許多超聲波發生器。總體(ti) 上講，超聲波發生器可以分為(wei) 兩(liang) 大類:一 類是用電氣方式產(chan) 生超聲波，一類是用機械方式產(chan) 生超聲波。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動型等;機械方式有加爾統笛、液哨和氣流旋笛等。它們(men) 所產(chan) 生 的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前較為(wei) 常用的是壓電式超聲波發生器。

　　GPS如何定位水平位置和垂直高度?

　　GPS定位，實際上就是通過四顆已知位置的衛星來確定GPS接收器的位置。

　　如上圖所示，圖中的GPS接收器為(wei) 當前要確定位置的設備，衛星1、2、3、4為(wei) 本次定位要用到的四顆衛星:

　　Position1、Position2、Position3、Position4分別為(wei) 四顆衛星的當前位置(空間坐標)，已知d1、d2、d3、d4分別為(wei) 四顆衛星到要定位的GPS接收器的距離

　　1.位置信息從(cong) 哪裏來?

　　實際上，運行於(yu) 宇宙空間的GPS衛星，每一個(ge) 都在時刻不停地通過衛星信號向全世界廣播自己的當前位置坐標信息。任何一個(ge) GPS接收器都可以通過天線很輕鬆地接收到這些信息，並且能夠讀懂這些信息(這其實也是每一個(ge) GPS芯片的核心功能之一)。這就是這些位置信息的來源。

　　2.距離信息從(cong) 哪裏來?我們(men) 已經知道每一個(ge) GPS衛星都在不辭辛勞地廣播自己的位置，那麽(me) 在發送位置信息的同時，也會(hui) 附加上該數據包發出時的時間戳。GPS接收器收到數據包後，用當前時間(當前時間當然隻能由GPS接收器自己來確定了)減去時間戳上的時間，就是數據包在空中傳(chuan) 輸所用的時間了。

　　知道了數據包在空中的傳(chuan) 輸時間，那麽(me) 乘上他的傳(chuan) 輸速度，就是數據包在空中傳(chuan) 輸的距離，也就是該衛星到GPS接收器的距離了。數據包是通過無線電波傳(chuan) 送的，那麽(me) 理想速度就是光速c，把傳(chuan) 播時間記為(wei) Ti的話，用公式表示就是：

　　di=c*Ti(i=1.2.3.4);這就是di(i=1.2.3.4)的來源了。

　　3、為(wei) 什麽(me) 需要4顆衛星

　　從(cong) 理論上來說，以地麵點的三維坐標(N，E，H)為(wei) 待定參數，確實隻需要測出3顆衛星到地麵點的距離就可以確定該點的三維坐標了。但是，衛地距離是通過信號的傳(chuan) 播時間差Δt乘以信號的傳(chuan) 播速度v而得到的。其中，信號的傳(chuan) 播速度v接近於(yu) 真空中的光速，量值非常大。因此，這就要求對時間差Δt進行非常準確的測定，如果稍有偏差，那麽(me) 測得的衛地距離就會(hui) 謬以千裏。而時間差Δt是通過將衛星處測得的信號發射時間tS與(yu) 接收機處測得的信號達到的時間tR求差得到的。其中，衛星上安置的原子鍾，穩定度很高，我們(men) 認為(wei) 這種鍾的時間與(yu) GPS時吻合;接收機處的時鍾是石英鍾，穩定度一般，我們(men) 認為(wei) 它的時鍾時間與(yu) GPS時存在時間同步誤差，並將這種誤差作為(wei) 一個(ge) 待定參數。這樣，對於(yu) 每個(ge) 地麵點實際上需要求解就有4個(ge) 待定參數，因此至少需要觀測4顆衛星至地麵點的衛地距離數據。

　　氣壓計測量高度原理：

　　其工作原理主要是將輸入信號(壓力)轉換為(wei) 電阻變化，即通過惠斯登電橋架構的壓阻式壓力傳(chuan) 感器感應施加在薄隔膜上的壓力。壓力傳(chuan) 感器的一個(ge) 重要參數是靈敏度，高分辨率的小型壓力傳(chuan) 感器使得氣壓計/高度計應用得以在移動終端中實現，比如在導航儀(yi) 上麵，可以通過高度計能夠準確判斷出位置是在橋上還是橋下

　　惠斯登電橋(Wheatstone Bridge)是用於(yu) 精確測量中值電阻(10—105W)的測量裝置。最簡單直接的測量電阻的方法是伏安法。用伏安法測量電阻時，通過測出流經電阻 R 的電流 I 和電阻兩(liang) 端的電位差 V ，依據歐姆定律 R=V/I 即可求出被測電阻值。但這種方法存在較大的測量誤差。由於(yu) 電表本身具有內(nei) 阻，不論采用電流表內(nei) 接還是外接，都不能同時準確測出流經電阻的電流 I 和電阻兩(liang) 端的電位差 V ，因而不可避免地存在線路本身的缺陷帶來的誤差，這個(ge) 誤差被稱為(wei) 電表的接入誤差。電表的接入誤差是一個(ge) 可定係統誤差，如果我們(men) 能夠事先確定電流表或電壓表的內(nei) 阻，就可以通過加修正值的辦法消除此誤差。然而，伏安法測量中使用的電流表和電壓表精度都不可能很高(電表的準確度等級最高為(wei) 0.1級)，由儀(yi) 器誤差限製帶來的測量不確定度是無法減小的。舉(ju) 例來說，如果電流表和電壓表都是0.5級，被測電流和電壓都是接近電表量程的二分之一，僅(jin) 由於(yu) 電表準確度等級限製帶來的測量誤差便可能達到1.5%。

　　用電橋法測電阻，實質是把被測電阻與(yu) 標準電阻相比較，以確定其值。由於(yu) 電阻的製造可以達到很高的精度，所以電橋法測電阻可以達到很高的精確度。

　　電橋分為(wei) 直流電橋和交流電橋兩(liang) 大類。直流電橋又分為(wei) 單臂電橋和雙臂電橋。惠斯登電橋是直流電橋中的單臂電橋;雙臂電橋又稱為(wei) 開爾文電橋(Kelvin Bridge)，適用於(yu) 測量低電阻(10-6—10W)。由於(yu) 電橋測量法比較靈敏、精確、使用方便，它已被廣泛地應用於(yu) 電工技術和非電量的電測法等方麵。

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