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「」解密多旋翼飞行器传感器技术( 三 )


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精灵 Phantom 4
除了增加视觉里程计之外 ， 精灵 Phantom4 上还增加了超声波模块 。所以精灵 Phantom 4上一共有 GNSS +惯性测量元件+气压计+地磁指南针+超声波模块+双目视觉系统六种传感器 。其中双目视觉系统有两套 ， 共四个相机；惯性测量元件有两个 ， 实现双冗余备份；地磁指南针也有两个 ， 同样双冗余 。
「」解密多旋翼飞行器传感器技术
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下视视觉
智能导航系统
有了这些传感器以后 ， 组合导航系统升级成为了智能导航系统 。智能导航技术极大拓展了飞行器可以活动的空间 。当有 GNSS 的时候 ， 系统可以通过 GNSS 为主进行十五个状态量的测量 ， 此时视觉里程计依然可继续运作 ， 提供额外的速度和位置的测量值 ， 从而进一步提高精度；GNSS 信号不好的时候 ， 视觉里程计可接替 GNSS 为整个系统提供稳定的观测 。智能导航系统中有三种确定高度的传感器：超声波、气压计、双目立体视觉 ， 这三种传感器几乎可以覆盖所有让传统多旋翼飞行器头疼的定高场景：树丛上方、室内、靠近建筑的位置、大风环境等等 ， 从而让多旋翼飞行可以稳定飞行的场景大大增加 。
地磁指南针的冗余设计 ， 可很大程度上减小外部磁干扰带来的指南针故障 。另外视觉里程计也能给出航向的观测 ， 两者互补能够提高航向的观测精度 。以前的飞行器上 ， 因为地磁指南针受到干扰造成的问题比较多 。而在精灵4上有了多重保护措施 ， 地磁指南针被干扰导致问题的概率大大降低 。
多旋翼飞控受体积及重量的限制 ， 机载计算能力有限 。但多个传感器的加入对芯片计算能力提出了严重考验 ， 大疆为此投入了巨大的人力物力优化算法让传感器能稳定运行 。而且每加入新的传感器必须和已有的组合导航系统在硬件和软件上深度融合 ， 才能发挥作用 。例如传感器与 GNSS 的无缝切换、室内掉高、急刹车时能否保持位置观测 ， 这些都是考验是否能做到真正的融合 。空有传感器但做不到深度融合 ， 那传感器的作用会大打折扣 ， 并且会引入新的风险 。
智能导航系统带来的飞行体验的升级
对于航拍飞手来说 ， 所有的花哨功能都不如悬停稳和飞行稳这几点重要 ， 看简单的需求背后需要大量的技术支撑 。比如在十几层楼的窗口把飞行器从室内飞到室外悬停 ， 这种场景下 ， 从窗口穿出时 ， 向下看的传感器几乎马上全部失效 ， 由于有建筑的遮挡 ， GNSS 也不会立刻生效 ， 因此传感器系统不够稳健的飞行器有可能因为失去速度和位置的测量而飘到建筑上造成事故 。
精灵 Phantom 4 则能够通过前视双目视觉系统的观测 ， 在向下看的传感器都暂时失效时继续运行视觉里程计 ， 及时提供辅助的速度和位置观测 ， 避免造成无法控制速度和位置导致炸机的情况出现 。
如何让飞行速度更稳 ， 大疆在第二代飞控使用遥控器杆量转化成飞行器的加速度指令 ， 而第三代的大疆飞控在精灵 Phantom 4 上变成了遥控器杆量转化成飞行器的速度指令 。这看似简单的修改 ， 却带来了飞行体验上的巨大升级 。
在大疆精灵 Phantom 3 及前代飞行器或其他厂家无人机产品上 ， 如果你推遥控器满杆前进 ， 飞行器会以一个固定的角度加速飞出去 ， 直到加速度被空气阻力抵消 ， 这样控制并不直观 ， 所以新手很难保持飞行器飞行速度稳定 。
而在精灵 Phantom 4 上 ， 如果推遥控器满杆前进 ， 飞行器会自己调整到一个固定的速度上 ， 直接操控速度显得非常直接、容易操控 。以往 ， 让飞行器保持匀速飞行是只有专业飞手才能做到的事情 ， 现在则真真正正地让普通人也能触手可得 。这一修改 ， 不但提供了更好的操作手感 ， 而且也显示了大疆对自己智能导航系统提供稳定的三维速度的测量信心 。


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