四川省警用无人直升机系统系统介绍
北京七维航测科技股份有限公司
名称：四川省警用无人直升机系统系统介绍
设备：SDI-W32系列无人直升机系统
编号：UAV2014-01
版本：V1.1
日期：2014.4
说明：四川省警用无人直升机系统的产品介绍描述了国内外无人机运用背景、现状，阐述了SDI-W32系列无人直升机系统在四川省警用领域的应用背景和解决方案。
1公司简介 (1)
2系统概述 (2)
3国内外无人机发展现状分析 (3)
4系统的无人机类型选择 (4)
4.1固定翼无人机 (4)
4.2无人多旋翼飞行器 (4)
4.3旋翼无人直升机 (5)
4.4其他类型无人机 (5)
5系统功能及性能指标 (6)
5.1系统功能 (6)
5.2性能指标 (8)
6系统组成 (9)
6.1无人直升机体 (9)
6.1.1无人直升机组成 (9)
6.1.2无人直升机性能 (10)
6.1.3选用该机体的原因 (10)
6.2任务设备 (11)
6.2.1云台 (11)
6.2.2摄录相机 (11)
6.2.3其他任务设备 (12)
6.3自动驾驶仪 (12)
6.3.1自动驾驶仪功能 (13)
6.3.1自动驾驶仪具体参数 (14)
6.4无线传输模块 (15)
6.4.1数传电台 (15)
6.4.2图传设备 (16)
6.5地面控制站 (18)
6.5.1控制站功能特点 (19)
6.5.3地面站技术指标 (19)
6.5.2地面站软件功能 (19)
6.6通讯链路 (20)
7系统安全可靠性分析 (21)
7.1技术可靠性分析 (21)
7.2设备可靠性分析 (21)
7.3供应商可靠性分析 (22)
7.4人员、技术保障可靠性分析 (22)
8项目成功实施案例 (23)
8.1公安系统无人机使用案例 (23)
8.2消防系统用无人机使用案例图片 (24)
8.3交通系统无人机使用案例图片 (25)
8.4军队系统无人机使用案例图片 (26)
9相关资质文件证明 (27)
9.1公司资质文件 (27)
9.1.1国家军工二级保密资质 (27)
9.1.2国军标技术体系认证单位 (28)
9.1.3首批国家高新技术企业 (29)
9.1.4中关村高新技术企业 (30)
9.1.5中关村“瞪羚计划”重点培育企业 (31)
9.1.6国际IS0-9001质量管理体系认证 (32)
9.2其他相关资质文件 (33)
9.2.1福布斯中国最具潜力百强企业 (33)
9.2.2加拿大micropilot中国区总代理 (34)
9.2.3西班牙ATX-100中国区总代理 (35)
9.2.4设备制造商质量管理体系证书 (36)
1公司简介
北京七维航测科技股份有限公司成立于2003年12月，成功于2011年在全国中小企业股份转让系统挂牌（证券代码：430088，证券简称：七维航测），主营业务面向航天、航空、航海、兵器、电子、电力、交通等领域。公司总部位于中关村永丰高新技术产业基地，下设航测事业部、检测事业部、监测事业部、无人机事业部，并在南京、武汉、大连、成都设有分公司，西安、深圳设有办事处。
公司无人机业务已有十年发展历史，是国内最早从事无人机技术引进和无人机设备制造的公司。公司主要型号无人机具有全自助、双余度、安全性好、可靠性高、操作简单、使用方便等特点，可以挂载多种任务设备，在部队、武警、公安、电力、海监、测绘、科研、影视等领域已进行广泛的应用。
公司秉承“军工品质，精益求精”的质量方针和“科技创新，专业制胜”的经营策略，主要获得的的荣誉如下：
首批国家高新技术企业
中关村国家自主创新示范区“瞪羚计划”重点培养企业
通过国军标GJB9001B质量管理体系认证企业
国家军工保密二级资格认证企业
ISO-9001质量管理体系认证企业
2013福布斯中国最具潜力百强企业
2系统概述
四川省警用无人直升机系统是北京七维航测科技股份有限公司引进了国外先进无人机技术，依托公司十余年军方无人机行业应用背景，根据四川省警务系统现状，提出的一套能够显著提高四川省警务系统应急、机动、指挥和高空巡查能力的一套完整解决方案。
此系统采用国际上最先进的无人机飞行、控制技术，在确保无人机安全的情况下，对警务系统提供空中支持。该系统不仅能提供机动性的日常巡查，也能在突发性事件发生时，快速飞抵事发现场，利用无人机搭载的高清晰度多媒体采集系统，负责完成视、音频数据的采集，通过无线传输方式，及时传送到指挥中心，为决策者指挥和判断提供重要信息依据，搭载的扩音设备可以及时安抚民众，进行现场指挥调度。
此系统能够用低成本解决四川省警用系统空中支援这一重大历史难题，使得警用系统空中支援迅速化、日常化成为可能。能够帮助四川省警用系统在当前日益严峻地面交通形势下，对快速反应、快速支援这一难点产生革命性的突破。
3国内外无人机发展现状分析
2001年开始的阿富汗和伊拉克战争揭开了无人机应用的革命，2005年美国边防巡逻开始使用无人机，海上反毒、反恐巡逻方也陆续购买无人机投入使用。欧盟紧随其后，于2007年12月3日欧洲航空导航安全局出版了首份军用无人机（UAV）在民用空域使用的标准。
鉴于无人机技术的快速发展，民用领域对无人机的需求也越加迫切，民用领域一直由于无人机的安全性和对公民隐私侵害等问题使得推广受到限制，随着无人机技术的不断完善和无人机带来的巨大作用渐渐被人们熟知，民用无人机终于被提上日程。2008年1月9日欧洲防务局与“Air4All”签署合同，要求要求制订出一份详细的无人机路线图，于2015年之前将无人机纳入欧洲空域。美国也于与2013年12月30日由美联邦航空局宣布，对阿拉斯加、内华达、纽约、北达科他、德克萨斯和弗吉尼亚6个州开放无人机商用测试中心，开辟无人机大规模使用试点，计划于2015年底彻底开放美国无人机民用空域，无人机技术与民用领域已经趋于成熟。
中国航天科工集团公司科技委副主任杨宝奎总师对当前世界上无人机发展现状进行综合分析评价称，美国无人机体系完备，在技术上领跑世界；欧洲无人机技术处在领先地位，发展势头强劲；以色列无人机历经多次技术考验，产品的市场声誉和信任度好；俄罗斯无人机技术基础雄厚，但现阶段发展不足，现正着手研发；以中国为代表的其他国家，国防安全和民用救灾领域对无人机的需求旺盛，正在大力发展。
目前我国无人机已经普遍应用于国土测绘、海洋巡查、电力巡线、气象探测、应急救援、环保监测、森林防火、警用巡逻等多个领域，并在汶川地震、玉树地震、舟曲泥石流、芦山地震等抢险救灾中发挥出重要作用。
4系统的无人机类型选择
目前市面上有多种类型的无人机，选择一款能够满足警用系统实际需求，安全稳定性最高，价格合理的无人机产品才能满足四川省警务系统的建设需求。
4.1固定翼无人机
固定翼无人机（如图4-1），是世界上最早出现的无人飞机，具有飞行速度快，飞行距离远，飞行时间长，抗风和恶劣天气情况较好等特点。但是飞行高度过高，飞行速度过快，不具备悬停功能使得此类飞机不适合在城市内部复杂的建筑环境中低空飞行，不满足建设系统的实际需求。目前主要应用与航空测绘，电力巡线和石头管道探查等领域。
图4-1固定翼无人机
4.2无人多旋翼飞行器
无人多旋翼飞行器（如图4-2）是近年来发展较快的一种新型无人机，该飞机具有体积小、重量轻、能短距起飞、机动性好、成本低廉等有点，但是此类飞机具有载重较小，续航时间短，安全稳定性相对较差、多为人工手动遥控等缺点。不适合警用系统中搭载较多的任务设备，较远的任务执行范围等实际需求。目前此类无人机主要应用于民用航拍领域。
图4-2多旋翼无人飞行器
4.3旋翼无人直升机
旋翼无人直升机（如图4-3）是军队系统钟爱的特种快速反应机型，该类型的无人机具有飞行速度适中、起飞场地小、安全稳定性好，抗恶劣环境能力强，滞空能力好，操控简单，续航时间较长等优点，此种类型无人机能够满系统需求。在动力选择方面，四川省警用无人机系统的无人直升机的飞行时间和续航要求较高，燃料应具有易补给、抗恶劣环境等特点，因此在本系统中拟采用汽油动力旋翼无人直升机。
图4-3旋翼无人直升机
4.4其他类型无人机
其他类型无人机，如飞艇、无人伞翼机等，由于造价高昂，体积庞大，不能满足系统建设需求。
5系统功能及性能指标
5.1系统功能
北京七维航测科技股份有限公司针对四川省警用系统研发的无人直升机系统具备以下功能：
a)航测功能
挂载航测设备可实现对目标区域进行航测拍照，画面可实时传回地面控制站。
b)摄像功能
可挂载多种高清摄录像设备，进行航拍。监测画面可实时录像，并实时传回地面控制站。可实现多路接收画面清晰稳定，无跳动或闪烁，能够达到广播级高清效果。
c)夜航、夜视功能
该无人直升机系统具备夜航能力，能够在夜间自主（或半自主）起飞、自主航行及自主降落。挂载红外夜视仪后，系统具备在夜间侦察、巡逻的能力。
可在空中透过烟雾、雨雪及伪装掩体等发现诸如隐藏的火源、被遮挡的人员及车辆、船只等。
d)远距离喊话功能
该系统配有专用高音扬声器，能完成各类任务中的超远距离指挥喊话。用户可根据飞机回传的图像，通过喊话器对飞机下方的有关人员实施喊话，也可播放预先录制的喊话内容。
e)物品投放功能
该系统可挂载物品，实现超视距远距离GPS定点投放。在保留图像侦察设备及喊话设备的情况下，还可挂载的物品。用户可控制飞机到达指定点上空，通过传回的图像寻找到投放地点（也可以是GPS点），实施精确投放。例如防毒面具、灭火弹、绳索、食品或各种物资、设备，也可投放催泪瓦斯等反恐器材。
f)远距离数据传输功能
该系统具备远距离数据传输功能，可进行远距离数据传输，将现场数据通过
地面控制站可以发送到指挥中心，使得决策者在办公室或者其他地点能够实时了解现场情况进行指挥。
g)高精度自主定位功能
能够进行高精度的自主定位，定位设备支持差分数据改正提高精度(支持WAAS、EGNOS广域差分)。
h)全自主飞行功能
能够根据事先输入的航迹进行全自动的起飞、悬停、飞行、降落。
i)多路设备控制功能
具有16路控制输出，可控制多个伺服舵机或外围设备，并可通过自驾仪来控制载荷设备。
j)自动跟踪功能
选择专用任务设备可实现对固定目标或移动目标的锁定，飞机自主跟踪飞行。
k)支持手动飞行模式功能
可以根据设置全自主飞行，也可随时切换到手动操作。在手动飞行时带有增稳功能，操作简单，易于掌握。
l)支持飞行计划随时更改功能
可根据需求随时改变飞行计划和降落地点，无人机将执行最新的飞行计划或自主飞行到降落点降落。
m)GPS信号丢失可安全返航功能
在飞行中GPS信号丢失，无人机仍可保持5分钟的正常自主飞行。这时操作手可通过地面站显示的飞机姿态和飞行数据遥控无人机飞行，此时无人机仍具有自动增稳能力。
n)定时返航功能
当到达设定的返航时间后，无人机没有接到继续执行任务的命令，无人机将自主返航、降落。
o)速度智控功能
飞控会根据设定速度、距离、转弯半径、飞机动力、风速等因素自动调整飞行速度，来保证飞机安全。
p)降落航路自动生成功能
飞控会根据设定的降落点，自动生成降落飞行航路，全自主降落。
5.2性能指标
SDI-W12系列无人直升机系统总体性能指标如表5-1
表5-1无人机总体性能指标
几何尺寸1778*508*711（mm）
主桨直径2146(mm)
发动机寿命500个飞行小时
工作温度-20℃～＋50℃
净重16公斤
最大起飞重量32公斤
最大速度80公里/小时
续航时间1小时（可升级为2小时）
抗风能力≤5级
升限2400米
使用燃料汽油＋机油
GPS自主定位精度2-3米，差分后可达到0.5米
图像传输距离25KM（可升级为50KM）
6系统组成
四川省警用无人机系统由无人直升机体、任务设备、自动驾驶仪、无线传输模块、地面控制站和通讯链路组成，该系统组成如图6-1所示。
图6-1四川省警用无人机系统组成
6.1无人直升机体
美国原装COPTERWORKS公司的成熟产品，稳定性好、可靠性高，体积小、重量轻、载荷比大、起降灵活、可维护性好、运输使用方便，
6.1.1无人直升机组成
由机体、旋翼头、机壳、尾管、谐振管、主桨、尾桨、设备盒、起动机九部分组成，具体配件图如图6-2所示。
图6-2无人直升机配件图
6.1.2无人直升机性能
在四川省警用无人机系统中选用的无人机基本参数应基本满足警用需求，具体性能指标如表6-1所示。
表6-1无人直升机性能指标
几何尺寸1778*508*711（mm）
主桨直径2146(mm)
发动机寿命500个飞行小时
工作温度-20℃～＋50℃
净重16公斤
最大起飞重量32公斤
最大速度80公里/小时
续航时间1小时
抗风能力≤5级
升限2400米
使用燃料汽油＋机油
6.1.3选用该机体的原因
AF25B距原型机诞生起已经有十余年的时间。这期间历经多次改进，升级，到目前已经完全达到成熟可靠状态。AF25B具有体积合理、载荷大、操作灵活、使用方便、可靠性高、可维性好和价格低廉等特点，十几年来畅销全世界23个国家与地区。在航拍航摄等多种飞行任务应用领域得到了广泛的应用。AF25B也是中国大陆目前能够引进的西方批量生产的为数不多的工业级无人直升机之一。我公司于2004年引进该款无人直升机，是国内最早引进该机型的无人机公司，到如今已经有10年的历史，无一例飞机安全责任事故。
AF25B直升机机体部分在动力传动、变速箱结构、减震器件等方面采取了一系列革新的设计，提高了直升机机体自身的合理性与可靠性，双皮带传动的特别设计也有效地降低了机体的飞行震动，从而保证了在影视航拍领域能够消除拍摄画面的高频振动与晃动，达到广播电视级的拍摄要求。AF25B的最大起飞重量超过36KG，其中有效载荷达到了18KG，可以挂载广播級高清摄像机和数字视
频传输设备。具有GPS定点三轴平衡仪系统，无需地面人员的操控。在提高直升机稳定性的同时，也让操作使用变的简单易学，安全性、可靠性都会有很大的提高，从技术上极大地避免了因操作失误和气流突变可能引起的飞行事故。
6.2任务设备
为保证无人直升机系统执行具体任务，需要根据具体需求搭载任务设备。常用的任务设备有云台，摄录相机，无线喊话器，热成像仪，红外成像仪，灭火弹等。
6.2.1云台
SDI85-25B增稳云台是针对SDI81-25B机身量身定制三轴随动增稳云台。它采用铝合金框架以及性能优越的石墨润滑的阻尼减震器，在挂载3公斤设备的情况下，最大限度的减小机身震动对设备的影响。该航拍旋翼无人机云台可搭载高清单反数码相机、摄像机或红外热像仪等任务设备，设备如图6-3所示。
图6-3SDI85-25B增稳云台
S DI85-25B云台由美国原装进口的云台、云台架、四个减震器、三个舵机组成，保证了航拍和航摄数据平台的稳定性，具体新能参数如表6-2所示。
表6-2SDI85-25B增稳云台性能参数
1、重量3公斤
2、可控轴三轴
3、有效载荷3公斤
6.2.2摄录相机
摄录相机主要是用于无人直升机在执行任务过程中进行照片拍摄和摄影功能，我们通常选用Canon5D Mark II，保证拍摄图像的清晰度，相机如图6-4
所示。
图6-4Canon5D Mark II相机
相机的性能参数应满足四川省警用无人机系统的图像拍摄性能指标，该相机的性能指标如表6-3所示。
表6-3Cannon5D Mark II相机性能指标
传感器类型CMOS
传感器尺寸全画幅（36*24mm）
传感器描述长宽比：3:2
除尘功能自动，手动，添加除尘数据
有效像素2110万
光学变焦 4.4倍
影像处理器DIGIC4
最高分辨率5616×3744
图像分辨率约2100万像素（5616×3744）
高清摄像全高清（1080）
6.2.3其他任务设备
其他任务设备根据具体需求选用。
6.3自动驾驶仪
无人直升机自动驾驶仪式是无人直升机系统技术难度最高的部分，是无人直升机的核心，无人直升机自动行驶过程中的安全可靠性完全取决于自动驾驶仪的好坏。
充分考虑无人机飞行过程中的安全性和可靠性，北京七维航测科技股份有限
在对四川省警用无人机系统选用了世界“三大飞控”之一的SDI86-AX100自动驾驶仪。它高度集成、功能强大，适用于电动、活塞及喷气等不同动力的无人直升机和固定翼无人机。它是军用级的成熟产品，具有极高的可靠性，集成军用级陀螺仪、加速度计、高度计、空速计磁航向、GPS电台、数传电台于一体，实现体积小、重量轻、高性能等，在西方多个发达国家得到广泛应用。自动驾驶仪采用神经元算法提高控制性能，取代了传统PID算法的不足，使飞机长时间飞行更加稳定、更加安全，设备实物如图6-5所示。
图6-5SDI86-AX100自动驾驶仪
6.3.1自动驾驶仪功能
SDI86-AX100自动驾驶仪功能、特点：
a)体积小,重量轻,仅重270克。
b)抗冲击全铝防水设计，能承受10G的加速度冲击。
c)耐温强工作温度可达－40°到+85°。
d)高度集成AX-100内部集成有：双处理器、陀螺仪、加速计、GPS电台、高度表。
e)全自主一键式自主起飞、悬停、飞行、降落。
f)大速度可控无人直升机最大飞行速度为270公里/小时。
g)高精度飞行控制精度为2-3米，开通查分GPS，精度可提高至0.5米。
h)冗余设计内置两个CPU热备份工作，检测到故障时自动切换。允许所有传感器出现单次故障，出现故障后仍能保持准确的姿态和位置估算。同时，地面站会有告警显示。
i)允许链路中断飞机起飞后可根据设置脱离地面站自主飞行，任务完成后飞机自主返航，自主降落。在正常飞行中发生链路中断时，自驾仪会根据设定控制飞机继续执行任务或自主返航。返航中若链路恢复，飞机会继续执行任务飞行。
j)多路控制具有16路控制输出，可控制多个伺服舵机或外围设备。并可通过自驾仪来控制载荷设备，选择专用任务设备可实现对固定目标或移动目标的锁定，飞机自主跟踪飞行。
k)支持手动飞行模式可以根据设置全自主飞行，也可随时切换到手动操作。在手动飞行时带有增稳功能，操作简单，易于掌控。
l)支持飞行计划随时更改可根据需求随时改变飞行计划和降落地点，无人机将执行最新的飞行计划或自主飞行到降落点降落。
m)支持遥控手柄操作操作者无需培训，就能通过遥控手柄对无人机进行任意动作的控制，并可通过遥控手柄控制任务设备。此时无人直升机处于三轴姿态闭环控制状态。
n)GPS信号丢失可安全返航在飞行中GPS信号丢失，无人机仍可保持5分钟的正常自主飞行。这时操作手可通过地面站显示的飞机姿态和飞行数据遥控无人机飞行，此时无人机仍具有自动增稳能力。
o)定时返航当到达设定的返航时间后，无人机没有接到继续执行任务的命令，无人机将自主返航、降落。
p)速度智控飞控会根据设定速度、距离、转弯半径、飞机动力、风速等因素自动调整飞行速度，来保证飞机安全。
q)降落航路自动生成飞控会根据设定的降落点，自动生成降落飞行航路，全自主降落。
6.3.1自动驾驶仪具体参数
SDI86-AX100具体技术参数如表6-4所示
表6-4SDI86-AX100技术参数
余度处理器2个RS232端口
波特率
4.8K，9.6K，19.2K，
38.4K
制式跳扩频波特率115.2kb/s（全双工）
差分GPS支持频率902～928M（1.3G可选）
I/O接口16个工作温度-40℃～+85℃
空速表80—830公里/小
时
供电7V—36V
高度表0—6000米功耗 2.5瓦最大加速度10g（垂直）重量270克
最大角速度300度/秒尺寸（mm）74.0×68.0×59.7
6.4无线传输模块
无线传输模块是无人直升机进行无线控制和图像音频信息传输的重要技术支撑手段，是按照适当的规程，经过一条或多条链路，在数据源和数据宿之间传送数据的过程。
在无人机系统上，飞行指令的操控、图像时频的传输都需要数据传输系统无线传输模块通常由数据传输电台和图传系统组成，本系统采用SDI84-Nano系列数据传输电台和SDI84-TC1图传设备。
6.4.1数传电台
SDI84-Nano系列数传电台具有耗低、集成度高等特点，独有的技术保证了同样的性能甚至只有同类产品的一半重量和尺寸。该系列电台从300MHz到5.8GHz，从低通信量到大带宽产品，产品无论是在恶劣环境还是高动态的状况下都有着极好的表现，设备实物如图6-6所示。
图6-6SDI84-Nano系列数传电台
SDI84-Nano数传电台的具体性能指标如表6-5所示
表6-5SDI84-Nano数传电台的性能指标
灵敏度-108dBm@172kbps
-116dBm@19.2kbps
频段902-928MHz
2.4000- 2.4835GHz跳频
发射功率100mW-1W(20-30dBm)
比特率19.2kbps-1.3824Mbps
尺寸OEM板32mm x51mm x 6.35mm
接收机57mm x95mm x45mm
重量OEM板18g
接收机240g
组网方式点对点、点对多点
组网、中继等
6.4.2图传设备
SDI84-TC1图传是国内最为先进的COFDM编码的数字图传，具有传输距离远、抗干扰能力强、时延小、频点可调等优点，并带有高性能滤波器，使图像观测更清晰，机载部分设备如图6-7所示。
图6-7SDI84-TC1图传设备
功能特点：