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无人机的基本构成与作用原理( 二 )

无人机


2. IMU（惯性测量单元）：
（友情提示：太长不看，请往下拉）
现在的飞控内部使用的都是由三轴陀螺仪，三轴加速度计，三轴地磁传感器和气压计组成的一个IMU，也称惯性测量单元 。那么什么是三轴陀螺仪，什么是三轴加速度计，什么是三轴地磁传感器呢，气压计？它们在飞机上起到的是什么作用呢，这三轴又是哪三个轴呢？三轴陀螺仪，三轴加速度计，三轴地磁传感器中的三轴指的就是飞机左右，前后垂直方向上下这三个轴，一般都用XYZ来代表 。左右方向在飞机中叫做横滚，前后方向在飞机中叫做俯仰，垂直方向就是Z轴 。陀螺都知道，小时候基本上都玩过，在不转动的情况下它很难站在地上，只有转动起来了，它才会站立在地上，或者说自行车，轮子越大越重的车子就越稳定，转弯的时候明显能够感觉到一股阻力，这就是陀螺效应，根据陀螺效应，聪明的人们发明出的陀螺仪 。最早的陀螺仪是一个高速旋转的陀螺，通过三个灵活的轴将这个陀螺固定在一个框架中，无论外部框架怎么转动，中间高速旋转的陀螺始终保持一个姿态 。通过三个轴上的传感器就能够计算出外部框架旋转的度数等数据 。
由于成本高，机械结构的复杂，现在都被电子陀螺仪代替，电子陀螺仪的优势就是成本低，体积小重量轻，只有几克重，稳定性还有精度都比机械陀螺高 。说到这，大家也就明白陀螺仪在飞控中起到的作用了吧，它就是测量XYZ三个轴的倾角的 。那么三轴加速度计时干什么的呢，刚刚说道三轴陀螺仪就是XYZ三个轴，现在不用说也就明白三轴加速度计也是XYZ三个轴 。当我们开车起步的一瞬间就会感到背后有一股推力，这股推力呢就是加速度，加速度是速度变化量与发生这一变化时间的比值，是描述物体变化快慢的物理量，米每二次方秒，例如一辆车在停止状态下，它的加速度是0，起步后，从每秒0米到每秒10米，用时10秒，这就是这辆车的加速度，如果车速每秒10米的速度行驶，它的加速度就是0，同样，用10秒的时间减速，从每秒10米减速到每秒5米，那么它的加速就是负数 。三轴加速度计就是测量飞机XYZ三个轴的加速度 。
我们日常出行都是根据路标或记忆来寻找自己的面向的，地磁传感器就是感知地磁的，就是一个电子指南针，它可以让飞机知道自己的飞行朝向，机头朝向，找到任务位置和家的位置 。气压计呢就是测量当前位置的大气压，都知道高度越高，气压越低，这就是人到高原之后为什么会有高原反应了，气压计是通过测量不同位置的气压，计算压差获得到当前的高度，这就是整个IMU惯性测量单元，它在飞机中起到的作用就是感知飞机姿态的变化，例如飞机当前是前倾还是左右倾斜，机头朝向、高度等最基本的姿态数据 。
3. GPS指南针模块：包含GPS模块和指南针模块，用于精确确定飞行器的方向及经纬度 。
4. LED指示灯模块：用于实时显示飞行状态，是飞行过程中必不可少的，它能帮助飞手实时了解飞行状态 。
3）视频系统
1. 摄像机：拍摄无人机飞行路径上的画面 。
2. 云台：常用的有二轴云台和三轴云台 。云台作为相机或摄像机的増稳设备，提供两个方向或三个方向的增稳控制 。
3. 图传：将无人机在空中拍摄的画面实时稳定地发射给地面图传遥控接收显示端上，供操控者观看 。无人机图传系统，就是采用适当的视频压缩技术、信号处理技术、信道编码技术及调制解调技术，将现场无人机所搭载的摄像机拍摄到的视频以无线方式实时传送到远距离后方的一种无线电子传输设备 。

无人机的基本构成与作用原理

文章插图
 
如果按设备的类型来分类，通常可分为模拟图传和数字图传两大类 。早期的图传设备都采用的是模拟制式，它的特点是只要图传发射端和接收端工作在一个频段上，就可以收到画面 。由于数字图传所传输的视频质量和稳定性都要远远好于模拟图传系统，所以在工业级应用中通常都采用数字图传 。
4）遥控系统
控制无人机的方法很多，最传统的就是遥控器了，此外地面站用的数传电台 。另外还有不是特别主流的蓝牙、wifi、3G/4G等 。
无人机遥控器一般成对出售，一个发射机，一个接收机 。他们需要配对使用，不同厂家的发射机和接收机有可能没法通用，在购买时需要确认他们之间的协议是否一致 。
发射机上装有摇杆，旋钮，开关等器件，飞手通过调整发射机上的这些器件来远程控制无人机 。飞手给出的控制命令由接收机接收，接收机与飞控相连将信号转递给飞控 。


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