毕业设计(论文)
题目民用四旋翼无人机飞行控制系统的设计学院名称船山学院
指导教师徐祖华
职称副教授
班级电气工程及其自动化12级01 班
学号20129450109
学生姓名谭佳龙
2016年5月20 日
南华大学
毕业设计（论文）任务书
学院：船山学院
题目：民用四旋翼无人机飞行控制系统的设计起止时间：2015年12月至2016年5月
学生姓名：谭佳龙
专业班级：电气工程及其自动化12级01 班指导老师：徐祖华
教研室主任：肖金凤
院长：王新林
2015 年12 月20 日
毕业设计(论文)
文献综述
题目：民用四旋翼无人机的设计
学院：船山学院
指导老师：徐祖华
职称：副教授
班级：电力01 班
学号：20129450109
学生姓名：谭佳龙
2016年01月20日
民用四旋翼无人机的设计的设计文献综述
摘要：无人机航拍影像具有高清晰、大比例尺、小面积、高现势性的优点。特别适合获取带状地区航拍影像（公路、铁路、河流、水库、海岸线等）。且无人驾驶飞机为航拍摄影提供了操作方便，易于转场的遥感平台。起飞降落受场地限制较小，在操场、公路或其它较开阔的地面均可起降，其稳定性、安全性好，转场等非常容易，本文详细讲述航拍无人机发展历程、现状以及未来航拍无人机的发展。
关键词：多旋翼发展历程航拍无人机
前言
多旋翼无人机发展历程
20世纪40年代，二战中无人靶机用于训练防空炮手。
1945年，第二次世界大战之後将多於或者是退役的飞机改装成为特殊研究或者是靶机，成为近代无人机使用趋势的先河。随著电子技术的进步，无人机在担任侦查任务的角色上开始展露他的弹性与重要性。
20世纪55年到74年的越南战争，海湾战争乃至北约空袭南斯拉夫的过程中，无人机都被频繁地用于执行军事任务。
1982年以色列航空工业公司(IAI)首创以无人机担任其他角色的军事任务。在加利利和平行动（黎巴嫩战争）时期，侦察者无人机无人机系统曾经在以色列陆军和以色列空军的服役中担任重要战斗角色。以色列国防军主要用无人机进行侦察兵，情报收集，跟踪和通讯。
1991年的沙漠风暴作战当中，美军曾经发射专门设计欺骗雷达系统的小型无人机作为诱饵，这种诱饵也成为其他国家效彷的对象。
1996年3月，美国国家航空航天局研制出两架试验机：X－36试验型无尾无人战斗机。该机长5.7米，重88公斤，其大小相当于普通战斗机的28%。该机使用的分列式副翼和转向推力系统比常规战斗机更具有灵活性。水平垂直的机尾既减轻了重量和拉力，也缩小了雷达反射截面。无人驾驶战斗机将执行的理想任务是压制敌防空、遮断、战斗损失评估、战区导弹防御以及超高空攻击，特别适合在政治敏感区执行任务。
20世纪晚期之前，他们不过是比全尺寸的遥控飞机小一些而已。美国军方在这类飞行器上的兴趣不断增长，因为他们提供了成本低廉，极富任务弹性的战斗机器，这些战斗机器可以被使用而不存在机组人员死亡的风险。
20世纪90年代，海湾战争后，无人机开始飞速发展和广泛运用。美国军队曾经购买和自制先锋无人机在对伊拉克的第二次和第三次海湾战争中作为可靠的系统。
20世纪90年代后，西方国家充分认识到无人机在战争中的作用，竞相把高新技术应用到无人机的研制与发展上：新翼型和轻型材料大大增加了无人机的续航时间；采用先进的信号处理与通信技术提高了无人机的图像传递速度和数字化传输速度；先进的自动驾驶仪使无人机不再需要陆基电视屏幕领航，而是按程序飞往盘旋点，改变高度和飞往下一个目标。
1.航拍无人机发展历程
1858年法国人纳达尔乘坐气球，从白米外的高空纵情一跃，历史上第一张航拍照片诞生了，一个半世纪后，纳达尔14次捧起大满贯奖杯，成为了横跨两个完全不同领域并获得卓越成绩的历史第一人。当然这是一个玩笑，此纳达尔非彼纳达尔，虽然没有网球名将如此高的知名度，百度上搜索也不会出现他的名字，但作为法国著名摄影师，他用极具想象力的手法以及勇气开启了航拍领域的一扇大门。
中国本土最早的航拍，严格意义上说和我们自己并无多大关系。1900年八国联军来到北京，法国远征军的上尉为了见证这个事件，命令侦查部队的热气球在北京、天津两地进行拍摄，留下了中国历史上已知最早的航拍作品。
从很多资料中都可以看到，早期的航拍与热气球有着不解之缘。哪怕飞机诞生后，主要的拍载具依然是热气球，这其中很大一部分原因在于热气球相对较低的成本。航拍的历史并不长，查资料时都没有那种厚重的沧桑感，但就是在这短短一个半世纪，航拍以令人瞠目结舌的速度演变着，那么1858年之后究竟发生了哪些事，加快了无人机的脚步呢？
一战和二战。战争总促使科技迅猛发展，无人机也不例外。1916年9月12日，第一架无线电操纵的无人驾驶飞机在美国试飞。当时无人机结构简单，而且造价低廉，最重要的是能完成有人驾驶飞机不宜执行的多种任务比如：作为靶机、侦察监视、骗敌诱饵等等。热气球被广泛使用是因为成本，但战争年代，人成为了最高的成本，所以当第一架无人机诞生后各个国家都坐不住了。
实际上无人机的诞生可以追溯到1914年，英国的卡德尔和皮切尔两位将军向英国军事航空学会提出了一个有趣的想法：做一架不需要驾驶员但能飞到敌人领空进行作战的飞机。这么酷炫的想法当然得到了支持，虽然几次试验均以失败告终，但积累的经验成为后人宝贵的财富。
航拍+无人机=无人航拍机，如果说整个发展进程用100天来表示，前1-99天是无人机和航拍融合发展的过程，剩下那短暂的1完成了无人航拍的巨变，航拍在极短时间内由军事、气象监测这些高大上的领域下架到民用领域，而最先吃到甜头的就是电影行业。
早期由于无人航拍机的载重有限，无法搭载专业的电影摄像机，而飞机上自带的摄像机无法满足大荧幕的需求，好莱坞剧组依然会使用直升机作为航拍载具。可喜的是这样的弯路并没有走太久，市场变大使得无人机公司赚的盆满钵盈，更加出色的无人航拍机投入使用。
最开始无人航拍机真的就是飞机的样子，而且操作复杂需要高价聘请专人操作。但后来“飞机”演变成了“飞行器”，多轴螺旋桨加上陀螺仪稳定器，让RED、ARRI这样的大家伙也过把坐飞机的瘾。至此，航拍的成本有了质的变化，不止好莱坞，就是国内一些工作室拍微电影都要玩一玩航拍了。
不过航拍在电影中的地位还没达到举足轻重的地步，更多只是在营造画面冲击力时的点缀。从手法看，航拍可以完成推、拉、摇、移等镜头的拍摄，这些镜头在剧组中通常会借用滑轨以及摇臂等设备，那无人航拍机有朝一日能否成为这些设备的替代品，传统观念中，航拍器飞在高高的空中，能够拍出震撼的大场面。不为人知的是航拍器的极限贴地距离很低，只要操作航拍器的人技术靠谱，完成大部分跟拍镜头是不成问题的。试验中我们只是选择了一架中端无人航拍器，跟拍的速度也很慢，就可以达到不错的效果了。
2、无人机航拍特点及应用范围
无人机航拍影像具有高清晰、大比例尺、小面积、高现势性的优点。特别适合获取带状地区航拍影像（公路、铁路、河流、水库、海岸线等）。且无人驾驶飞机为航拍摄影提供了操作方便，易于转场的遥感平台。起飞降落受场地限制较小，在操场、公路或其它较开阔的地面均可起降，其稳定性、安全性好，转场等非常容易。
多用途、多功能的影像系统是获取遥感信息的重要手段。遥感航拍使用的摄影、摄像器材主要是经过改装的120照相机，拍摄黑白、彩色的负片及反转片。也可使用小型数字摄像机或视频无线传输技术进行彩色摄制。小型轻便、低噪节能、高效机动、影像清晰、轻型化、小型化、智能化更是无人机航拍的突出特点。
无人机航拍摄影技术以低速无人驾驶飞机为空中遥感平台，用彩色、黑白、红外、摄像技术拍摄空中影像数据；并用计算机对图像信息加工处理。全系统在设计和最优化组合方面具有突出的特点，是集成了遥感、遥控、遥测技术与计算机技术的新型应用技术。
无人机航拍摄影技术可广泛应用于国家生态环境保护、矿产资源勘探、海洋环境监测、土地利用调查、水资源开发、农作物长势监测与估产、农业作业、自然灾害监测与评估、城市规划与市政管理、森林病虫害防护与监测、公共安全、国防事业、数字地球以及广告摄影等领域，有着广阔的市场需求。
3、航拍无人机种类及特点
按照不同平台构型来分类，航拍无人机可主要有固定翼无人机、无人直升机和多旋翼无人机三大平台，其它小种类无人机平台还包括伞翼无人机、扑翼无人机和无人飞船等。固定翼无人机是军用和多数民用无人机的主流平台，最大特点是飞行速度较快；无人直升机是灵活性最强的无人机平台，可以原地垂直起飞和悬停；多旋翼（多轴）无人机是消费级和部分民用用途的首选平台，灵活性介于固定翼和直升机中间（起降需要推力），但操纵简单、成本较低。其中多旋翼无人机目前应用于航拍领域最多。
4、多旋翼航拍无人机构造
典型的小型多旋翼无人机，一般由机械部分（机架），动力部分（包括电机、电子调速器、电调连接板、桨叶、电池），电子部分（包括飞控板、通信模块、遥控器接收机、PWM编码板）组成。航拍多旋翼为了达到航拍的功能还会增加其他的一下附属部件，一般有GPS定位模块、三轴或多轴增稳云台、地面站控制台、数字图像传输模块、降落伞模块、自动起落脚架、低电压报警模块。部分高标准的专业航拍无人机还会配备超声波定高模块、光流声呐探测模块、红外热感应成像系统等一些高级应用模块来协助作业。
5、航拍无人机发展瓶颈
无人机航拍现在已经进入到一个瓶颈了，无人机航拍主要的是3个部分一个是机体本身，需要一个稳定，合适的平台，这样拍出来的照片成片率才高，二是一个合适的相机，毕竟现在大家航拍的用得多的还是佳能的，这个就不是我们能控制的了，但是目前技术仍然能满足需求，相机的发展越高，那么相应的清晰度就越高。第三需要一个良好的飞行控制系统，有个飞控才能更好的规划航线和飞出所需要的航拍区域。
6、航拍无人机发展趋势
随着中国改革开放的逐步深入，经济建设迅猛发展，各地区的地貌发生巨大变迁。现有的航空遥感技术手段已无法适应经济发展的需要。新的遥感技术为日益发展的经济建设和文化事业服务。以无人驾驶飞机为空中遥感平台的技术，正是适应这一需要而发展起来的一项新型应用性技术，能够较好地满足现阶段我国对航空遥感业务的需求，对陈旧的地理资料进行更新。
随着我国经济和文化建设的发展，不少古建筑、考古现场等发现、田野考古探索、城乡的地貌发生巨大变化。一些版图反映不出新的面貌。
目前使用资料较为陈旧。常规的成图周期，已不能满足需要。我们利用遥感航拍
技术更新的地理资料对地区的经济建设起到了积极的促进作用。
为适应城镇发展的总体需求，提供综合地理、资源信息。正确、完整的信息资料是科学决策的基础。各地区、各部门在综合规划、田野考古、国土整治监控、农田水利建设、基础设施建设、厂矿建设、居民小区建设、环保和生态建设等方面，无不需要最新、最完整的地形地物资料，已成为各级政府部门和新建开发区急待解决的问题。我们用遥感航拍技术准确地反映出。地区新发现的古迹、新建的街道、大桥、机场、车站以及土地、资源利用情况的综合信息。遥感航拍技术是各种先进手段优化组合的新型应用技术。
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南华大学本科生毕业设计（论文）开题报告
摘要：本设计首先是对四旋翼无人机飞行器的整体结构组成和操作原理进行理论性分析，然后按照任务书设计要求，制定了飞行器控制系统的总体方案，主控制器芯片采用的是ARM公司研发生产的STM32F106微处理器芯片，飞行姿态传感器选用的是MPU6050集成模块，该模块内部集成了三轴陀螺仪和三轴加速度计等精密检测元件；飞行航向检测模块采用的是拥有超高灵敏度的 HMC5883L磁罗盘航向计；飞行高度测量模块选用的高精度BMP085气压计；定位导航采用的是GPS 定位模块，定位芯片选用的是u-blox 公司研发生产的NEO-6M定位芯片；无线通信数据用NRF24L01 模块来实现。当硬件部分整体设计完成之后，便开始对无人机控制系统和传感器的软件架构进行整体设计。首先是进行各部分传感器数据的采集，然后利用内部程序采用卡尔曼滤波的方法对传感器数据进行处理；采用PID控制算法实现了对飞行器的姿态控制；根据STM32F106处理器芯片的快速收集功能，能够迅速捕获到接收机接收的地面的控制信号，用来完成对无人机的瞬间控制作用；另外在飞行控制系统软件中还加入了无线数据通信模块，通过这个模块能够让地面站和无人机在飞行的时候能够移动通信，并且能够将无人机上的传感器采集的高度、气压、飞行速度、温度、湿度、姿态角等信号数据传回地面站，最后对制作完毕的无人机进行了测试，首先是在地面调整各项参数以及修正部分程序的不足之处，接着就是调整各个姿势的PID数值。保证无人机在正常飞行的情况下在各个动作都能够保证稳定飞行，同时测试数传信号和图传信号的稳定性。最后是进行无人机的空中的飞行实验，在这个阶段分别对无人机进行了上下极限飞行，前进后退飞行，左右旋转，悬停等试验，经过测试结果表明，该款无人机能够完成遥控模块给出的各项指令以及在地面站和无人机之间的信号传输。符合设计要求。
四旋翼无人机飞行器拥有着操控灵活、机体小、重量轻、稳定性优良、可垂直起降和自由悬停等特点，这几个特点不管是在军事应用上还是民用领域上都有着广泛的应用前景。
关键词：四旋翼无人机，飞控系统，GPS 定位
Abstract:Four rotor unmanned spacecraft with flexible control, the body is small, light weight, good stability, vertical take-off and landing and free hovering etc, these a few characteristics both in military application and has a broad application prospect in civilian areas. This design is the first of four rotor unmanned spacecraft overall structure and operating principle of theoretical analysis, and then according to the design specification requirements, formulate the overall plan of aircraft control system, main controller chip is the ARM microprocessor chip research and development production STM32F106, flight attitude sensor is chosen MPU6050 integration module, the internal integration module integrates the three-axis gyroscope and three-axis accelerometer and other precision detecting element; Flight heading detection module USES is with ultra high sensitivity of magnetic compass heading HMC5883L meter; Flying height measuring module choose high accuracy BMP085 barometer; Navigation and positioning using GPS positioning module, positioning chip selection is u - blox company research and development production of NEO - 6 m positioning chips; Use NRF24L01 wireless data module. When the hardware part of the overall design is completed, in unmanned aerial vehicle (uav) control system and the software architecture for the overall design of the transducer. Is each part of the sensor data acquisition in the first place, then use the internal procedures using kalman filtering method to deal with the sensor data; PID control algorithm was adopted to realize the attitude control of aircraft; According to STM32F106 processor chip quickly gather function, can quickly capture the receiver receive the ground of the control signal, used to complete the moment control of unmanned aerial vehicle (uav); In the flight control system software also joined the wireless data communication module, through this module will help keep the ground stations and unmanned aerial vehicle (uav) at the time of flight to mobile communication, and can collect the sensors on the uav flying height, air pressure, velocity, temperature, humidity, attitude Angle, such as signal data back to the station, the last of the finished unmanned aerial vehicle (uav) was tested, first is on the ground to adjust the parameters as well as the deficiency of fixed part program, followed by adjusting the position of the PID values. To ensure unmanned aerial vehicle (uav) in the case of a normal flight in every action can ensure stable flight, at the same time testing the stability of the digital signal and the signal. Drone air flight experiment, finally is to separate the unmanned aerial vehicle (uav) at this stage the extreme flying up and down, forward backward fly, spin around, hovering and test, the test results show that the uav can complete every order of remote control module is given and the signal transmission between ground stations and unmanned aerial vehicle (uav).
Key words：The four rotor UAV, flight control system, GPS positioning
目录
1、绪论 (1)
1.1设计背景及意义 (1)
1.2国内外发展现状 (1)
1.2.1国外发展现状 (1)
1.2.2国内发展现状 (2)
2、四旋翼无人机工作原理 (3)
2.1四旋翼无人机硬件结构和工作原理 (3)
2.1.1四旋翼无人机的组成结构 (3)
（1）四轴机架 (4)
（2）动力系统 (4)
（3）飞行控制系统 (4)
2.1.2四旋翼无人机工作原理 (4)
（1）悬停 (5)
（2）垂直上升和下降运动 (5)
（3）前后运动和俯仰运动 (5)
（4）左右运动和横滚运动 (6)
（5）左右旋转运动 (7)
3、四旋翼无人机飞行控制系统硬件设计 (8)
3.1飞行控制系统设计总体方案 (8)
3.1.1 飞行控制系统设计要求 (9)
3.1.2飞行控制系统设计方案 (9)
3.2四旋翼无人机飞行控制器模块设计 (11)
3.2.1主控制器选型 (11)
3.2.2STM32主控制器硬件设计 (12)
3.3传感器模块的设计 (13)
3.3.1IMU传感器模块设计 (14)
3.3.2 磁航向计模块设计 (18)
3.3.3 高度传感器模块设计 (19)
3.3.4 GPS 定位模块设计 (21)
3.4 无线通信数据链 (23)
3.4.1 手持无线遥控器 (23)
3.4.2 无线数据传输 (24)
4、软件设计与测试 (27)
4.1 软件开发环境简介 (27)
4.2 传感器的数据采集与分析 (27)
4.2.1 数据采集所采用的 I2C 总线协议介绍 (27)
4.2.2 姿态传感器数据采集 (28)
4.2.4 磁航向模块数据采集 (33)
4.3.2 GPS 模块定位性能测试 (36)
4.4 传感器的数据处理 (37)
4.4.1 数据的滤波分析 (37)
5、实物组装以及调试 (42)
6、总结和展望 (429)
7、参考文献 (61)
8、致谢 (63)
绪论
1.1设计背景及意义
近年来，无人机的发展十分迅速，无人机不仅可以用于军事方面对战场伤员进行评估；此外，四旋翼无人机还能够运用到信息化战争上面，作为先进的信息化装备，可以用于远距离猎杀目标、长途运送装备等。在民用运用范围，四旋翼无人机还可用于空中拍照，各类型险情的检测摸底，送快递，交通流量观测、电力巡线等工作[1]。
通过全面的分析和比较，可以发现，四旋翼无人机的优点非常多，如何将四旋翼无人机的优势充分体现出来，这个课题具有非常重要的研究意义。
1.2国内外发展现状
1.2.1国外发展现状
目前国外对于四旋翼无人机飞行器项目的研究表现得非常火热，各种无人机研发团队和各类型的科技公司也不计其数，在这些研究机构中，位于加拿大的雷克海德大学的研究工作者在很早之前就证实了运用四旋翼的机械结构来设计无人机的创意可以使得无人飞行器的飞行更加稳定，操作更加方便[2]。以下是国外无人机发展的几款代表性作品或者相关文献资料统计。
（1）X-4 Flyer Mark
这款四旋翼无人机的旋翼结构和OS4四旋翼无人机飞行器相似；经过改进设计后的四旋翼无人飞行器被命名为X-4 Flyer Mark II，这款无人机采用了底部倒推四旋翼的结构形式，X-4 Flyer Mark II的动力学性能比早期开发的X-4 Flyer Mark I更加理想。
图1.1 ANU X-4 Flyer Mark I
图1.2ANU X-4 Flyer Mark II侧视图和俯视图
（2）文献记录方面从2000开始，研究四旋翼无人机的专业研究以及文献呈持续增长的趋势，以某论文平台为例，统计该平台自2000年起的涉及到四旋翼无人机文献及论文的数量情况，统计结果如下表所示，从数据可以显示出不仅在文献数量上逐年上升，该类文章研究的内容从常见的自我姿态控制转向高端的路径规划设计，从经典常用的PID优化控制算法转向更为高端的神经树网络运算、动态逆运算、容错计算等。
表1.1 IEEE关于四旋翼无人机飞行器的文献统计
1.2.2国内发展现状
目前国内主要有对四旋翼无人飞行器研究的比较多科研单位有北京航空航天大学、国防科大、上海交大、中国航空航天大学、中国科技大学等高校以及一些高新技术企业。在高新技术企业中AEE一电科技有限公司属于国家高新技术企业，经过其研发团队的多年研发，一款名叫F50的四旋翼无人机成功诞生，目前该款设备已经广泛运用到军民等行业，AEE飞行系统平台F50是一款可以垂直升降起飞的小型四旋翼高集成度无人机。这款无人机携带方便、响应快速，当操作
者操作无人机到达指定操作位置之后便可快速投入工作，F50拥有高度集成式外观设计和小巧机身，运用起来及其方便。
图1.3AEE无人飞机F50
2、四旋翼无人机的原理
2.1四旋翼无人机硬件和工作原理
四旋翼无人机飞行器是由四组型号完全一致的电机在飞型控制系统的指令下产生不同转速从而带动螺旋桨运动的设备，属于旋翼式无人机。这4组动力系统对称地分布在无人机4个角落，在同一对角线的两组动力系统以同样的转动速度、同样的运动方向旋转，两条不同对角线上的两组动力系统将以相同的转动速度，相反的运动方向旋转。正是由于这种结构，直接抵消了相邻两组动力系统旋转所造成的扭力矩，提升了螺旋桨的利用效率。四旋翼无人机是由四组小体积、大功率无刷电动机提供原动力来带动四个螺旋桨进行旋转运动，通过操作改变单个或多个无刷电动机的转动速度进而达到对飞行中姿态的操控的目的，其飞行姿态有定点悬停、垂直升降、前后飞行、左右飞行、横滚俯仰等动作。
2.1.1四旋翼无人机的组成结构
一般来说，四旋翼无人机飞行器由碳纤维高强度四轴机架、螺旋桨、小体积大功率无刷电机、起落架或者电动起落架、稳定抗干扰无刷电调、航模电池电源、飞控系统集成板、PWM/PPM遥控以及无线数据传送模块等部分组成。四轴机架以十字交叉对称形状安装，保证所有动力系统以机架中心为中心对称，四旋翼四组机臂的顶端都安装有同种的无刷电动机和尺寸一致的螺旋桨，同时四个螺旋桨必须在同一水平高度。机体的中央部分安装飞控系统硬件电路板、信号传感器、信号处理模块和航模电池等。
本次实物制作中硬件部分由以下几个部分组成：
（1）无人机机架
该机架部分由高强度复合碳纤维板组成，包括四个机臂、中心板、电机座等，机臂一端连接中心板，采用内六角螺丝锁紧，机臂另一端采用内六角螺丝将电机座与机臂相连接，同时为了安全调试，在中心板下层加入硬质泡沫，避免无人机硬着落。
（2）动力部分
无人机通过飞行控制器控制电子调速器来调节四个电机的转速，改变四旋翼的姿态，实现相应的动作。
（3）飞行控制系统
该设计主控芯片为STM32微型单片机，结合高精度气压计、三轴陀螺仪、GPS导航模块等组成飞行控制系统，各类传感器收集相应的信号后将信号传输给微型单片机，微型单片机通过采集传感器的数据来对飞行姿态进行调整和纠正。（4）除此之外还有遥控器模块、遥控接收模块、数字信号传输模块、图像信号传输模块、降落伞、红外测量模块等。
2.1.2四旋翼无人机飞行动作原理
该款四旋翼无人机飞行器在构造上归类于非共轴式碟型无人机，这样的结构不仅显得更加紧凑集中，而且能够产生更大的升力。在操作方面仅仅只需要改变4只旋翼的转速即可让无人机做出预期的飞行动作。该设计中四旋翼无人机飞行器的旋翼转向如图2.1所示。
图2.1 四旋翼无人机的旋翼转向
本次设计的四旋翼无人机的四个旋翼分别安装在四根机臂的四个端点处，采用内六角螺丝锁紧，M1电机和M3电机顺转，M2电机和M4电机逆转，使得产生的反扭力相互抵消。保证了四旋翼无人机的飞行稳定，无人机在飞行过程中的姿
无人机培训计划 根据上级要求xxx将组建技侦中队，我公司应邀对技侦中队队员进行多旋翼无人机相关知识和技能培训、训练及考核。 培训内容和课程 1、理论学习：相关民航无人机法规、无人机概述、系统组成及介 绍、飞行原理与飞行性能、气象、空域与起降场、任务规划、 旋翼无人机原理构造启动布局、无人机驾驶员飞行手册、空域 申请与空管通讯、航线规划、系统检查程序、正常飞行程序指 挥、应急飞行程序指挥、任务执行指挥等。 课程训练内容课时 1无人机概述6课时 2系统组成及介绍12课时 3无人机巡航阶段操作技术及相关知识10课时 4充电设备和电池的使用、无人机系统安 全运行管理、应急处置练习 8课时 5无人机组装调试实践10课时 6无人机遥控装置设置8课时 7无人机飞行原理与性能12课时 8气象8课时 9无人机飞行手册和其他文档8课时 合计82课时2、实践飞行：模拟飞行训练、无人机装机调试实践、无人机遥控 装置设置、地面站航点航线规划应急链路通讯、起飞与降落训练、四面悬停、模拟航线飞行、十字航线，矩形航线，圆周航
线，定点转弯训练、协调转弯训练、水平8字，水平360度，发动机失效自旋降落处置、充电设备和电池的使用、无人机系 统安全运行管理、应急处置练习。 课程科目地面带飞单飞总时 1模拟器训练88 2无人机各个设备知识、组装、调试1010 3地面站设置与飞行前准备88 4起飞与降落训练4812 5主飞行训练61016 6紧急情况下的操作指挥6814 7飞行考核2226 合计28182874 训练时间 培训时间根据教学计划及学员情况暂定1个月，该计划主要是为了贵单位技侦中队快速掌握无人机勘测、侦查、取证、空中协助等技能； 我公司将指派两名高级教练对贵单位技侦人员进行专业培训。 课时包括理论学习和实践飞行共计30天，培训时间为9:00-17:00。价格明细 800元×2人×30天=48000元。 无人机维护价格明细 无人机维护内容包括：电池保养、螺旋桨平衡保养、主机防水防潮纺 沙尘保养、电机维修电机校正、遥控器定期更新、云台及摄像机保养；无人机损坏维修（不包括更换配件费用）、无人机备件维护、软件升级及更新。 费用为：24000元/年。
航拍测绘无人机制作大比例尺地形图方案 地形图的测绘方法，大多采用全站仪、GPS等设备。不管是全站仪还是GPS，都需要人员进行实地测量，受到实际地理环境的限制。 随着科学技术的不断发展，在测绘地理信息行业中运用了先进的数字航空摄影测量技术，我国在该领域在无人机领域也有了较大的进展，无人机航空摄影测量系统方面也蓬勃发展。现在的无人机航测系统具有影像分辨率高、升空准备时间短、操作控制容易、起降场地要求低、作业效率高的特点，很好地解决了传统地形图测绘面临的困难，航测也成为地形图测绘的新趋势。 无人机航测与传统测绘对比 对比内容测绘方式 无人机航测传统测绘方式 成图精度高高 测绘工期速度快时间长 人工外业工作量仅需要采集少量外业像控点， 人工外业工作量很小 人工外业工作量很大 勘测成本低高 成图速度快慢 对面积要求适用面积广适用中小面积 产品类型产品丰富，一次航测，可制作 地形图DLG、正射影像图DOM、 数字高程模型DEM、三维数字 地形系统 产品单一，只能通过其他的方 式来附属产品 适用比例尺范围包括1：1000、1：2000地形 图以上的产品 可以制作各种比例尺的地形 图 前期的准备工作工程响应时间快速，不需要空 域申请，能快速的进行航测 前期准备工作时间较多 内业测图软件航摄影像纠正、配准软件、空数字测图软件
三加密软件，立体测图软件 内业测图人工干预量较少较多 安全性高低 环境限制少多 目前，在工程建设和地理信息领域，为了能够较好地满足现阶段我国对“数字中国、数字城市、数字生活”的需求，由传统的数据采集模式逐步升华到采用无人机航空摄影测量的模式，进行地形图测绘、石油管道巡线、电力设施维护、高速公路建设、土地确权、地籍调查、水利水电建设、农田信息监测、国情普查、矿山资源开发、地质监测等，大大提高了社会发展对数据更新的要求，在国民经济建设中发挥越来越突出的优势。 大比例尺地形图测图 华测P700无人机系统实物图
最高效的四旋翼无人机 数据采集建模 CKBOOD was revised in the early morning of December 17, 2020.
最高效的四旋翼无人机数据采集建模 一、简介 近年来，微小型四翼无人机已经成为了无人飞行器研究领域的一个热点。它结构简单、机动性强、便于维护，能够在空中悬停、垂直起飞和降落。在军用和民用方面具有较大的潜在应用价值，国内外许多研究单位纷纷致力于四旋翼无人机飞行控制的架构设计与飞行控制研究，以实现四旋翼无人机的自主飞行。机载传感器系统是四旋翼无人机飞行控制系统的重要组成部分，它为机载控制系统提供可靠的飞行状态信息，是实现四旋翼无人机自主飞行的重要设备。 现在无人机应用最广的是倾斜摄影技术优势或者说最吸引用户的，就是利用倾斜摄影技术可以全自动、高效率、高精度、高精细的构建地表全要素三维模型。 二、四旋翼无人机特点 1、机动性能灵活，低空性能出色。能在城市、森林等复杂环境下完成各种任务。可完成空中悬停监视侦查。实现对动力要地低，能在狭小空间穿行，能垂直起降，对起降环境要求低。 2、对动力要求较小，产生的噪音低，隐蔽性能高，安全性能出色。四旋翼无人机采用四个马达提供动力，可使飞行更加稳定和精确。 3、结构简单，运行、控制原理相对容易掌握。 4、成本较低，零件容易更换，维护方便。
三、飞行软件 目前无人机种类繁多，针对无人机开发的飞控软件也有很多，目前比较好用的是DJI GS Pro、DJI GO4、Litchi Vue、Pix4d等。 四、数据采集，使用DJI GS pro 1、打开DJI GS pro软件，点击新建任务 2、点击测绘航拍区域模式 3、点击地图选点（飞行定点比较耗飞机电量，无特殊情况建议不使用） 4、点击屏幕就会出现一个航测区域，手动拖拽四个定点可以改变航测的面积和形状，同时也可以手动增加拐点，让航测面积更加的灵活多样。并且在右边的菜单栏里选择好对应的云台相机；设置好任务的高度，任务的高度和拍摄的清晰度，成图的分辨率有很大的关系；大面积的时候尽量选择等时间拍照，因为能上传的航点是有限的。 5、点击进入右侧菜单的高级选项之中，重新设置一下航测的重叠了，一般航向和旁向重叠率是700%和70%（最好不要低于70%）；设置好云台俯仰角，正射影像图一般为-90°，拍摄3D立体时一般为-45°；设置好返航高度，确保返航时不会碰撞到障碍物。 6、点击右上角飞机左边更多选项，点击高级设置（地图优化限中国大陆地区使用打开）；这点也是最关键的一点，这时候一定要点开中国大陆这个选项，不然飞行器的位置是偏移的。会导致航测任务区域整体偏移，有一部分任务没有拍摄到。
最新版 航拍无人机系统项目解决方案
摘要： 本系统是一种稳定、快速的经济型航拍无人机系统，系统总体包括：机体、摄像机、OSD模块、GPS模块、数据发射和接收模块、电源模块、动力模块、遥控设备和显示系统。本系统的特征是：选用了市场上廉价的KT板做机身材料，采用合式组合结构和固定上单翼设计；优化数据发射和接收模块、GPS模块和遥控接收机的组合，将高度集成的微型摄像机、数据传输和GPS模块安装在机身，显示系统通过数据接收机将航拍信息显示在显示屏，操作人员可在地面通过监视屏幕掌握飞机的飞行状态和获取航拍信息，系统采用手抛式起飞。本系统的优点是：机身制作简单，维修方便，价格低廉，既轻盈又坚固，飞行速度快，并具有一定的载重能力，信号抗干扰性强，操作简单，实用方便。 关键词：航空模型视频采集与传输
前言 随着今年国家的各项政策决议，无人机航拍、遥感市场将在未来几年迎来跨越式发展的新契机。低端航拍无人机的应用，远不止航空拍摄、航空摄影、航拍这么一点。随着用户的快速增长，目前航拍的功能要求也逐渐增多，主要有对森林防火、地震调查、核辐射探测、边境巡逻、应急救灾、农作物估产、管道巡检、保护区野生动物监测、军事侦察、搭载航拍电子设备进行科研试验、海事侦察、保钓活动等方面间接接触的航拍应用需求。此外，在环境监测、大气取样、增雨、资源勘探、禁毒，反恐、消防航拍侦察等方面，无人机航拍将大显身手。西方发达国家主要采用料油缸、涡喷和涡扇发动机，玻璃钢、铝合金、碳纤维等高新昂贵材料，先进的航电设备和高精航拍设备。 国内工业部门（包括院所和航空、航天集团公司）研制的无人机技术高于民营企业，目前无人机在我国毕竟首要用于军事用途，所以高空、高速、中远程、长航时、大载荷等类型的无人机，几乎全部是由航空集团、航天集团以及院校研制与生产，主要是应付军队的需求。但随着国家信息化建设，地球信息技术产业发展，民用无人机市场会逐渐得到重
2017-10-08 GaryLiu 于四川绵阳 无人机的飞行控制是无人机研究领域主要问题之一。在飞行过程中会受到各种干扰，如传感器的噪音与漂移、强风与乱气流、载重量变化及倾角过大引起的模型变动等等。这些都会严重影响飞行器的飞行品质，因此无人机的控制技术便显得尤为重要。传统的控制方法主要集中于姿态和高度的控制，除此之外还有一些用来控制速度、位置、航向、3D轨迹跟踪控制。多旋翼无人机的控制方法可以总结为以下三个主要的方面。 1.线性飞行控制方法 常规的飞行器控制方法以及早期的对飞行器控制的尝试都是建立在线性飞行控制理论上的，这其中就有诸如PID、H∞、LQR以及增益调度法。 1)PID PID控制属于传统控制方法，是目前最成功、用的最广泛的控制方法之一。其控制方法简单，无需前期建模工作，参数物理意义明确，适用于飞行精度要求不高的控制。 2)H∞ H∞属于鲁棒控制的方法。经典的控制理论并不要求被控对象的精确数学模型来解决多输入多输出非线性系统问题。现代控制理论可以定量地解决多输入多输出非线性系统问题，但完全依赖于描述被控对象的动态特性的数学模型。鲁棒控制可以很好解决因干扰等因素引起的建模误差问题，但它的计算量非常大，依赖于高性能的处理器，同时，由于是频域设计方法，调参也相对困难。 3)LQR LQR是被运用来控制无人机的比较成功的方法之一，其对象是能用状态空间表达式表示的线性系统，目标函数是状态变量或控制变量的二次函数的积分。而且Matlab软件的使用为LQR的控制方法提供了良好的仿真条件，更为工程实现提供了便利。 4)增益调度法 增益调度（Gain scheduling）即在系统运行时，调度变量的变化导致控制器的参数随着改变，根据调度变量使系统以不同的控制规律在不同的区域内运行，以解决系统非线性的问题。该算法由两大部分组成，第一部分主要完成事件驱动，实现参数调整。如果系统的运行情况改变，则可通过该部分来识别并切换模态；第二部分为误差驱动，其控制功能由选定的模态来实现。该控制方法在旋翼无人机的垂直起降、定点悬停及路径跟踪等控制上有着优异的性能。 2.基于学习的飞行控制方法 基于学习的飞行控制方法的特点就是无需了解飞行器的动力学模型，只要一些飞行试验和飞行数据。其中研究最热门的有模糊控制方法、基于人体学习的方法以及神经网络法。 1)模糊控制方法（Fuzzy logic） 模糊控制是解决模型不确定性的方法之一，在模型未知的情况下来实现对无人机的控制。 2)基于人体学习的方法（Human-based learning） 美国MIT的科研人员为了寻找能更好地控制小型无人飞行器的控制方法，从参加军事演习进行特技飞行的飞机中采集数据，分析飞行员对不同情况下飞机的操作，从而更好地理解无人机的输入序列和反馈机制。这种方法已经被运用到小型无人机的自主飞行中。 3)神经网络法（Neural networks）
第一章安保服务理念、思路 前言 我公司基于安防行业发展趋势的敏锐目光与雄厚实力，较早的涉足安保人防、物防、技防及现代智能安防服务行业，凭借公司在技防领域的专业技术人才，不断拓展公司服务新领域。公司本着安全诚信、专业规范、团结协作、创新进取、支持公益的经营理念，为各界用户提供安防服务、技防服务以及智能安防服务，为各类客户单位输送了一批批优秀的安防、技能人员，受到了客户单位一致好评。多年来，我公司在智能安防领域服务了一大批利用无人机安全巡查服务、安防事故现场监拍服务、超高建（构）筑物安全检查服务等项目，并逐步扩展无人机服务领域，为企事业单位提供自然灾害无人机灾情监测；为农业、交通、污染防治领域提供灾害调查；为企业单位提供无人机广告航拍服务、企业宣传片航拍服务等诸多领域，积累了一批专业的技能人才和宝贵的经验，为扩展无人机领域应用服务打下了坚实的基础。 承蒙贵公司给予我司的这次投标机会，我们深感荣幸并表示衷心的感谢。我们深知企业安全第一，质量第一的发展道理。在各类单位的安保、安防施工服务中，我们公司没有发生一起安全责任事故，并多次受到上级领导的好评，如果我们有机会合作，我们将充分发挥我公司在安防技术方面的强大专业优势，针对该项目的特点，将培训选拔优秀合格专业航飞技术人员，优化制定勤务飞行航拍方案、处置突发事件应急方案等各类管理规章制度，密切配合*****公司管理部门，提供最优质、专业、高效的安防巡查航拍服务，为*****公司控违服务工作做出我们应有的贡献。
1、服务理念 管理系统化服务标准化工作规范化提要： 服务理念——管理系统化、服务标准化、工作规范化 管理定位——“高起点、高标准、高效率”工作方针 管理目标——文明、和谐、安全的办公环境、生活环境 保障机制——监督、激励、自我约束、信息反馈等保障机制 管理思路——规范性、合理性、科学 1）、专业化技术队伍 以高标准、严要求组建一支“思想过硬、作风优良、纪律严明、训练有素、服务一流”的专业化队伍。高素质的技术队伍需要有严明的管理制度，完善的用人、培训制度和完善的自我激励机制同自我约束机制，员工只有通过严谨的管理，以及有效的培训、考核和监督，才能使个人素质得到保持和提高，才能形成整个队伍的高素质。 2）、建立健全的管理制度 以质量管理体系有关标准和法律法规为依据，建立健全切实可行且符合 *****公司执法监察控违项目的管理制度。 3）、加强安全防范，做好安全防范工作 视“安全”为“命脉”，结合服务区域实际情况，加强员工的安全培训教育工作，确保每次无人机飞行都安全、精确、高效。
md4-1000型四旋翼无人机系统介绍 一、系统组成 “md4”系列四旋翼无人机系统由五个主要部分组成：飞行器、数字遥控器、地面站系统、机载任务设备和附属设备。 飞行器是无人机系统的主体，根据指令完成飞行任务。 数字遥控器用于对飞行器的实时操作，可以实时监控飞行器的各项状态指标。 地面站系统主要由笔记本电脑和微波信号传输系统构成，可以通过微波，实时接收飞行器上机载设备拍摄的实时影像，以及实时监控飞行的各项状态指标。 机载任务设备根据客户需要，可选配不同类型的酬载设备，如数码相机、高清摄像机、微光摄像机、红外摄像机等，完成不同的拍摄任务。 附属设备包括电池、充电箱、数据线等系统配件。 飞行器
数字遥控器 一体化地面站
机载任务设备 附属设备
二、系统技术参数
三、系统特性 1、可以定点悬停，稳定地拍摄感兴趣区域地物； 2、可以根据GPS信号，按照线路规划自主航行；没有GPS信号时也可以进行飞行，甚 至在室内飞行； 3、具有高性能平衡云台，可以在大风中依然保证酬载设备得到稳定的目标影像； 4、可以搭载高清摄影机、高画质的相机等设备，并可以进行自由调焦，以得到目标部 位最清晰的影像； 5、数传系统抗干扰性强，可以在距离电力线设备最近3m位置拍摄而信号不受干扰； 6、工业性能好，可以在强风、大雨的情况下正常起飞、作业，在紧急情况下也可以完 成任务； 7、操作简单，熟练的话，一个人即可进行操作；新手的话，两个人配合即可进行操作； 8、具备电量安全提示，当电量低于额定值时报警，当电量低于最低电压时即便人不在 现场也可以自动执行降落操作，保证无人机系统的安全； 9、采用微波作为数传系统，地面端可以实时得到高清影像； 10、具有电子围栏功能，具备位置记忆功能，可以在无操作的情况下，自动回到原来 的位置悬停拍摄； 11、对起飞场地没有要求，3×3m的场地即可实现垂直起降； 12、电机具有优良的散热性能，可以在每次飞行结束后更换电池进行再次飞行，达到 全天作业的目的；
四旋翼无人机前沿报告 近些年来，各国的许多研究机构都对小型四旋翼无人机进行了一系列的研究，下面列出来一些比较有代表性的四旋翼无人机研究成果。 一、国内外技术发展现状 1.“蜻蜓”无人机 近期，约翰-霍普金斯大学的应用物理实验室的一个研究小组就开发出了一个叫做“蜻蜓（Dragonfly）”的概念无人机任务。该任务提出了一款利用放射性同位素驱动的双四旋翼飞行器，它将可以在土星最大的卫星Titan上执行太空任务。蜻蜓项目首席研究员Elizabeth Turtle指出，这种实验是他们在实验室无法进行的，因为涉及到时间尺度问题，而Titan富含有有机分子和液态水的表面却能维持很长一段时间的时间尺度。该项目就是为了研究Titan生命前化学而设计的。由于Titan表层厚重的云层使得那里的太阳能效率并不高，为此，研究人员改用了多任务放射性同位素热电机（MMRTG）为飞行器提供能源。据了解，MMRTG能让这架双四旋翼无人机在白天持续飞行一个小时的时间，夜晚它将接受充电。蜻蜓无人机的空气流动可以让它收集样本和测量的种类获得增加。在时长1个小时的飞行中，飞行器大概能飞10到20公里。这意味着蜻蜓可以在为期两年的任务中探测到的范围非常广。 2.“OS4”四旋翼无人机 OS4是EPFL自动化系统实验室开发的一种小型四旋翼飞行器，研究的重点是自主飞行控制算法和机构设计方法，目标是要实现室内和室外环境中的完全自主飞行。目前，该项目以及进行了两个阶段。OS4I最大长度约为73CM，质量为235g，它使用了Draganflyer3的十字框架和旋翼，电机型号为Faulhaber1724,微惯性测量单元为Xsens的MT9-B。研究
民用无人驾驶航空器系统驾驶员 训练大纲 编制：公司名称 批准人：总经理 编制时间：年月日
总经理声明 依据中国民用航空局《一般运行和飞行规则》（CCAR-91R2）、《民用航空器驾驶员和地面教员合格审定规则》（CCAR-61R4）、《民用无人驾驶航空器系统驾驶员管理暂行规定（AC-61-FS-2013-20）》及《轻小无人机运行规定（试行）（AC-91-FS-2015-31）》等有关规章的要求，为规范无人驾驶航空器系统（以下简称无人机）驾驶员和机长的训练工作，公司名称（以下简称：“**”）组织有关人员编写了《民用无人驾驶航空器系统驾驶员训练大纲》（以下简称训练大纲）。该大纲由无人机理论及实践飞行训练大纲两部分组成。 训练大纲中明确规定了取得无人机驾驶员合格证和机长合格证的训练内容、课时和有关标准，是必须完成的最低标准。实施时必须严格执行，不得随意删改，如需更改，需经总经理批准。同时，在训练过程中，按照“**”有关管理程序实施监督检查，使学员经过训练达到训练大纲所规定的标准。 该训练大纲将根据需要，适时进行修订，具体修订工作由“**”的安技部负责。总经理承诺将认真执行训练大纲内容，科学安排，循序渐进，严格标准，确保训练安全和质量。 总经理： 年月日
1.在每次完成手册改版更新工作后，将换版人的姓名以及换版的日期填入相应的空格内。 如发现缺少修订的新版，请速与公司部门联系。 2.各部门收到新版后的一个星期内完成相关所有手册的更新。
目录 第一章概述 (5) 第二章地面理论训练大纲（驾驶员/机长适用） (7) 第一节民航法规与空中交通管制（*课时） (8) 第二节无人机概述与系统组成（*课时） (9) 第三节空气动力学基础与飞行原理（*课时） (10) 第四节结构与性能（*课时） (11) 第五节通信链路与任务规划（机长适用*课时） (12) 第六节航空气象与飞行环境（*课时） (13) 第七节无人机系统特性与操纵技术（*课时） (14) 第八节无人机飞行手册及其他文档（*课时） (15) 第九节植保无人机运行及安全（附加植保等级适用）（*课时） (16) 第三章实践飞行训练大纲 (17) 第一节模拟飞行（*/*课时） (20) 第二节无人机拆装、维护、维修和保养（*/*课时） (21) 第三节地面站设置与飞行前准备（机长适用）（*/*课时） (22) 第四节起飞与降落训练（*/*课时） (23) 第五节本场带飞（*/*课时） (24) 第六节本场单飞(*/*课时) (26) 第七节紧急情况下的操纵和指挥（*/*课时） (28) 第八节植保无人机运行（适用于附加植保等级）（*/*课时） (30) 第九节考核和结业（*/*课时） (31)
UAV 中国无人机产业联盟标准 消防用多旋翼无人机系统 技术要求 2015-10-31发布——————————————————————————————————— 中国无人机产业联盟发布
前言 本标准的全部技术内容为行业内认可标准。 本标准按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。 本标准由中国无人机产业联盟提出。 本标准主要起草单位：国鹰航空科技有限公司、中国电子科技大学、南京航空航天大学、西北工业大学、海鹰航空通用装备有限责任公司、华南理工大学、哈尔滨工程大学、深圳一电科技有限公司、深圳市科比特航空科技有限公司、广州长天航空（Space Arrow）科技有限公司、深圳九星智能航空科技有限公司、深圳九星天利科技有限公司、深圳科卫泰实业发展有限公司、中国人民解放军总参谋部第六十研究所、深圳洲际通航科技有限公司、深圳市彩虹鹰无人机研究 院有限公司、深圳市创翼睿翔天空科技有限公司、保千里视像科技集团股份有限公司、深圳华越无人机技术有限公司、深圳高科新农技术有限公司、深圳市艾特航空科技有限公司、深圳市盛禾无人飞机科技有限公司、深圳警圣电子科技有限公司、深圳市森讯达电子有限公司、深圳金狮安防无人机有限公司、广东泰一高新技术发展有限公司、南京交研科技实业有限公司、合肥佳讯科技有限公司、安徽泽众安全科技有限公司、深圳市万华信息科技有限公司、天仞航空科技有限公司、承德鹰眼电子科技有限公司。 本标准主要起草人：陶军生、胡志昂、宋鸿、杨金才、孙志坚、饶军、邵振海、吕明云、李春波、肖文建、刘伟、杨金铭、庞伟。 本标准与2015年10月31日发布。
目次 1 范围 (4) 2 规范性引用文件 (4) 3 术语 (4) 4 系统构成 (5) 5 技术要求 (5) 5.1 功能要求 (5) 5.2 性能要求 (6) 6 信息传输 (7) 6.1 通用要求 (7) 6.2 视频流传输 (7) 7 环境适应性 (7) 7.1 气候环境适应性 (7) 7.2 机械环境适应性 (8) 8 安全性 (9) 8.1 绝缘电阻 (9) 8.2 抗电强度 (9) 8.3 泄漏电流 (9) 8.4 防过热 (10) 9 电磁兼容 (10) 9.1 电磁干扰 (10) 9.2 电磁辐射防护 (11) 10 质量保证规定 (11) 10.1 检验与测试 (11) 10.2 原材料质量 (11) 11 产品信息要求 (11) 11.1 产品标志 (11) 11.2 产品清单 (11) 11.3 产品说明书 (11)
渤海大学本科毕业论文（设计）四旋翼无人机设计与制作 The Manufacture and Design of Quad Rotor Unmanned Aerial Vehicle 学院（系）： 专业： 学号： 学生姓名： 入学年度： 指导教师： 完成日期：
摘要 四旋翼无人机飞行器因为它的结构简单，而且控制起来也很方便，因此它成为了近几年来发展起来的热门产业。在这里本文详细的介绍了四旋翼飞行器的设计和制作的过程，其中包括了四旋翼无人机飞行器的飞行原理，硬件的介绍和选型，姿态参考算法的推导和实现，系统软件的具体实现。该四旋翼飞行器控制系统以STM32f103zet 单片机为核心，根据各个传感器的特点，采用不同的校正方法对各个传感器数据进行校正以及低通数字滤波处理，之后设计了互补滤波器对姿态进行最优估计，实现精确的姿态测量。最后结合GPS控制与姿态控制叠加进行PID控制四旋翼飞行器的四个电机，来达到实现各种飞行动作的目的。在制作四旋翼飞行器的过程中，进行了大量的调试并且与现有优秀算法做对比验证，最终设计出能够稳定飞行的四旋翼无人机飞行器。 关键词：姿态传感器；四元数姿态解算；STM32微型处理器；数据融合；PID
The Manufacture and Design of Quad Rotor Unmanned Aerial Vehicle Abstract Quad-rotor unmanned aerial vehicle aircraft have a simple structure, and it is very easy to control, so it has become popular in recent years. Here article describes in detail the design and the process of making the four-rotor aircraft, including Quad-rotor UAV aircraft flight principle, hardware introduction and selection, implementation and realization of derivation attitude reference algorithm, the system software . The Quad-rotor aircraft control system STM32f103zet microcontroller core, and the advantages and disadvantages based on the accelerometer sensor, a gyro sensor and electronic compass sensors using different correction methods for correcting various sensor data and low-pass digital filter processing, after design complementary filter to estimate the optimal posture, precise attitude measurement. Finally, GPS control and attitude control PID control is superimposed four-rotor aircraft four motors to achieve a variety of flight maneuvers to achieve the purpose. Four-rotor aircraft in the production process, a lot of debugging and do comparison with the existing excellent algorithm validation, the final design to stabilize the Quad-rotor UAV flying aircraft. Key Words：MEMS Sensor; Quaternion; STM32 Processor; Data Fusion; PID
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目前，在工程建设和地理信息领域，为了能够较好地满足现阶段我国对“数字中国、数字城市、数字生活”的需求，由传统的数据采集模式逐步升华到采用无人机航空摄影测量的模式，进行地形图测绘、石油管道巡线、电力设施维护、高速公路建设、土地确权、地籍调查、水利水电建设、农田信息监测、国情普查、矿山资源开发、地质监测等，大大提高了社会发展对数据更新的要求，在国民经济建设中发挥越来越突出的优势。 大比例尺地形图测图
华测P700无人机系统实物图 华测无人机系统接受了区域航测作业任务，要求完成1：2000比例尺的航摄影像。 基于本次任务特点及要求，华测采用基于GPS辅助空中三角测量的摄影测量方案。经过现场踏勘，最终选择了P700固定翼电动无人机来完成测图。华测P700无人机航测系统续航时间长，航空卫片解析度高，并且经过反复地形测试。经过几天的飞行，任务圆满成功。
成果例图（1:2000正射影像图） 可以看出航片色彩均衡一致，影像明亮度饱和、对比度，像对之间接边自然，航向、旁向重叠度满足要求。图幅之间的几何接边、灰度接边要基本保持一致，数据格式满足要求。
详细解析无人机飞控技术 以前，搞无人机的十个人有八个是航空、气动、机械出身，更多考虑的是如何让飞机稳定飞起来、飞得更快、飞得更高。如今，随着芯片、人工智能、大数据技术的发展，无人机开始了智能化、终端化、集群化的趋势，大批自动化、机械电子、信息工程、微电子的专业人材投入到了无人机研发大潮中，几年的时间让无人机从远离人们视野的军事应用飞入了寻常百姓家、让门外汉可以短暂的学习也能稳定可靠的飞行娱乐。不可否认，飞控技术的发展是这十年无人机变化的最大推手。 飞控是什么？ 飞行控制系统（Flight control system）简称飞控，可以看作飞行器的大脑。多轴飞行器的飞行、悬停，姿态变化等等都是由多种传感器将飞行器本身的姿态数据传回飞控，再由飞控通过运算和判断下达指令，由执行机构完成动作和飞行姿态调整。 控可以理解成无人机的CPU系统，是无人机的核心部件，其功能主要是发送各种指令，并且处理各部件传回的数据。类似于人体的大脑，对身体各个部位发送指令，并且接收各部件传回的信息，运算后发出新的指令。例如，大脑指挥手去拿一杯水，手触碰到杯壁后，因为水太烫而缩回，并且将此信息传回给大脑，大脑会根据实际情况重新发送新的指令。无人机的飞行原理及控制方法（以四旋翼无人机为例） 四旋翼无人机一般是由检测模块，控制模块，执行模块以及供电模块组成。检测模块实现对当前姿态进行量测；执行模块则是对当前姿态进行解算，优化控制，并对执行模块产生相对应的控制量；供电模块对整个系统进行供电。 四旋翼无人机机身是由对称的十字形刚体结构构成，材料多采用质量轻、强度高的碳素纤维；在十字形结构的四个端点分别安装一个由两片桨叶组成的旋翼为飞行器提供飞行动力，每个旋翼均安装在一个电机转子上，通过控制电机的转动状态控制每个旋翼的转速，来提供不同的升力以实现各种姿态；每个电机均又与电机驱动部件、中央控制单元相连接，
石河子职业技术学院多旋翼植 保无人机 培训手册 石河子职业技术学院无人机工程技术研究中心 2016年2月
目录 概述 (3) 法律法规 (3) 训练计划 (4) 员工必读 (5) 安全飞行 (6) 理论知识 (7) 实际操作 (9) 起降训练 (10) 主控系统 (11) 飞行过程中遇到的问题及解决方案 (13) 电机电调 (14) 备注 (16)
无人机驾驶飞机，简称无人机，利用无线电控设备和自备的程序控制装置操控的不载人飞机。 法律法规 《中华人民共和国民用航空法》-飞行管理 第七十三条 在一个划定的管制空域内，由一个空中交通管制单位负责该空域内的航空器的空中交通管制。 第七十四条 民用航空器在管制空域内进行飞行活动，应当取得空中交通管制单位的许可。 第七十五条 民用航空器应当按照空中交通管制单位指定的航路和飞行高度飞行；因故确需偏离指定的航路或者改变飞行高度飞行的，应当取得空中交通管制单位的许可。 第七十六条 在中华人民共和国境内飞行的航空器，必须遵守统一的飞行规则。进行目视飞行的民用航空器，应当遵守目视飞行规则，并与其他航空器、地面障碍物体保持安全距离。进行仪表飞行的民用航空器，应当遵守仪表飞行规则。飞行规则由国务院、中央军事委员会制定。 第七十七条 民用航空器机组人员的飞行时间、执勤时间不得超过国务院民用航空主管部门规定的时限。 民用航空器机组人员受到酒类饮料、麻醉剂或者其他药物的影响，损及工作能力的，不得执行飞行任务。 第七十八条 民用航空器除按照国家规定经特别批准外，不得飞入禁区；除遵守规定的限制条件外，不得飞入限制区。前款规定的禁区和限制区，依照国家规定划定 第七十九条 民用航空器不得飞越城市上空；但是，有下列情形之一的除外：（一）起飞、降落或者指定的航路所必需的；（二）飞行高度足以使该航空器在发生紧急情况时离开城市上空，而不致危及地面上的人员、财产安全的；（三）按照国家规定的程序获得批准的。 第八十一条 民用航空器未经批准不得飞出中华人民共和国领空。对未经批准正在飞离中华人民共和国领空的民用航空器，有关部门有权根据具体情况采取必要措施，予以制止。
www?ele169?com | 27实验研究 0 引言 多旋翼无人机是集合多项现代高新科技的成果，无人机 行业的蓬勃发展是中国崛起、中国航空产业崛起的重要体现，多旋翼无人机具有系统安全性好、可靠性高、负载能力强等特点，具有非常广阔的应用前景。多旋翼无人机的作业方式相比于传统的人工作业方式，大大提高了作业效率、降低作业成本与风险。在无线通信技术与图像处理技术快速发 展的背景下，多旋翼无人机逐渐向智能化的方向发展，另外， 独特的机械结构使多旋翼无人机更加灵活。随着无人机在人们生活中的进一步普及，无人机故障的影响也会越来越大，在大多数故障中，主要是控制器故障后果最为严重，所以飞行控制器的结构健康管理始终受到人们高度重视。1 多旋翼无人机任务需求分析 多旋翼无人机飞行控制系统主要服务于公安消防、公共 安全、勘察搜救等领域，对无人机的飞行安全、可靠性等要求较高，针对多旋翼无人机所应用的特殊场合，其飞行控制 系统需要具备以下性能指标：首先要具备机载飞控系统与地面站两部分，由机载飞控 系统来进行控制律的运算，通过电机控制指令对地面站发送的信息进行接收。地面站会显示无人机当前的飞行状态以及 主控件的基本性能。其次要具有良好的传感器以及多种飞行模式，传感器主要对无人机飞行姿态、高度、位置等信息进行采集，通过机载计算机对相应数据进行处理，多旋翼无人机存在多种飞行模式，需要根据实际情况选择最佳飞行模 式。最后，多旋翼无人机飞行控制系统要具有多种读取遥控 信号的方式，实现多种多旋翼无人机的飞行控制。还要具有在线调整及保存相关的控制参数功能、在异常情况下应急处理功能等。根据多旋翼无人机飞控系统的要求指标，提出了飞控系统具体的设计要求： ■1.1 飞行控制处理器 飞行控制处理器需要对传感数据进行收集并处理，对控 制律进行运算，保持与地面站之间通信畅通。飞行控制处理器只有缩短调节电机转速的指令周期，才能更好的发挥控制性能。由于飞行控制处理器面临的任务众多，所以要求飞控处理器处理速度快、计算能力强。飞控处理器必须快速对传感器数据进行读取，第一时间与无线通信设备进行连接，实现与地面站之间的通信，另外飞控处理器必须具备存储空间大、低功耗、体积小等特点。 ■1.2 传感器传感器需要选择精度较高的传感器以及通信距离较远的无线通信设备，满足飞控系统的性能指标，确保传感器使用简单、通信接口通用。 ■1.3 软件开发多旋翼无人机的飞控软件系统要有很强的可靠性与稳定性，具备通信链路异常状况下的紧急处理，具备相应的备份程序，避免无人机在飞行过程中发生故障，另外地面站要具备故障报警功能。飞行控制系统的采样频率不易过小以免出现控制输出调节量滞后造成严重后果。2 多旋翼无人机飞行控制系统总体架构设计多旋翼无人机飞行控制系统总体架构由机载部分与地面站部分组成，机载部分主要由飞控处理模块、传感器模块、电源模块、执行机构构成。地面部分与机载部分之间的信息交互 主要通过无线通信模块来完成。飞控系统总体架构如图1所示。图1 飞控系统总体架构 ■2.1 飞控系统硬件平台设计当前的飞行控制系统控制芯片多采用ARM、DSP 等高 速处理器，单处理器的使用会抑制控制系统的进一步拓展，多旋翼无人机飞行控制系统设计研究张建学 （中国民航飞行学院计算机学院，四川广汉，618307）摘要：多旋翼无人机具有优良的操作性能、维护简单、成本较低等特点，已经成为微小型无人机的主流，获得了广大的消费群体。飞控系统作为无人机的核心技术，始终是无人机学术与工程领域研究的热点。本文以多旋翼无人机为研究对象，根据多旋翼无人机的结构特点，对飞行控制系统进行设计与研究，从硬件原理与软件原理对多旋翼无人机飞行控制系统的构建过程进行详细介绍。关键词：多旋翼；无人机；飞控系统
无人机行业应用分类 98305
无人机行业应用 随着无人机技术的发展，细分市场领域的需求增长，无人机的应用正展现出越来越丰富的可能性。航拍、植保，替代电力工人巡线等等，无人机的应用越来越广泛，正推动着各个领域的发展。 根据国家权威机构的研究表明，目前民用无人机下游行业应用分类如下： 一、农业方面：农业植保、农作物数据监测 1.用于农业事前预防：农田信息监测 通过对大面积农田、土地进行航拍，从航拍的图片、摄像资料里了解农作物的生长周期，对农田进行全 面的有效监测。 2.用于农业事中监测：农药喷洒 无人机进行农药喷洒可以降低农作物生物灾害，具有高效安全、覆盖疏密程度高、防治成效好、节水节药 成本低等优势。 3.用于农业事后控制：农业保险勘查 当出现大面积自然灾害时，农作物查勘定损工作量极大， 其中最难以界定的就是损失面积问题。无人机通过高分辨 率图像和高精度定位数据获得能力、多种任务的应用拓展
能力的特点可以高效的处理这种工作量极大的任务。通过 航拍查勘获取航拍成果数据、对航拍图片的后期处理与技 术分析，农田保险公司可以准确测定实际受灾面积，进行 农田保险灾害损失勘查，不仅提高了工作效率，更能降低 人为因素导致定损结果的误差。 二、电力石油方面：电力巡线、石油管道巡检 装配有高清数码摄像机和照相机以及GPS定位系统的多旋翼无人机，可沿线路进行自主巡航普查，对塔架、绝缘子等可悬停详查，实时传送拍摄影像，监控人员可在电脑上同步收看与操作。而在山洪爆发、地震灾害等紧急情况下，多旋翼无人机可以对线路的潜在危险，诸如塔基陷落等问题进行勘测与紧急排查，丝毫不受路面状况的影响，既免去攀爬杆塔之苦，又能勘测到人眼的死角，对于迅速恢复供电很有帮助。 无人机在待巡查的石油管道上空沿线飞行，无人机在自动飞行模式下，用内置高清摄像机指向待巡查的石油管道，采集管道详情影像、并通过无线远距离实时回传至地面站。通过3G网络传输功能，还可将无人机视频影像实时传输至石油企业在全球任何地点的手机终端或指挥中心。夜间可以配置无人机载红外热像仪实现巡线检。
航拍无人机系统项目解决方案
摘要： 本系统是一种稳定、快速的经济型航拍无人机系统，系统总体包括：机体、摄像机、OSD模块、GPS模块、数据发射和接收模块、电源模块、动力模块、遥控设备和显示系统。本系统的特征是：选用了市场上廉价的KT板做机身材料，采用合式组合结构和固定上单翼设计；优化数据发射和接收模块、GPS模块和遥控接收机的组合，将高度集成的微型摄像机、数据传输和GPS模块安装在机身，显示系统通过数据接收机将航拍信息显示在显示屏，操作人员可在地面通过监视屏幕掌握飞机的飞行状态和获取航拍信息，系统采用手抛式起飞。本系统的优点是：机身制作简单，维修方便，价格低廉，既轻盈又坚固，飞行速度快，并具有一定的载重能力，信号抗干扰性强，操作简单，实用方便。 关键词：航空模型视频采集与传输 前言
随着今年国家的各项政策决议，无人机航拍、遥感市场将在未来几年迎来跨越式发展的新契机。低端航拍无人机的应用，远不止航空拍摄、航空摄影、航拍这么一点。随着用户的快速增长，目前航拍的功能要求也逐渐增多，主要有对森林防火、地震调查、核辐射探测、边境巡逻、应急救灾、农作物估产、管道巡检、保护区野生动物监测、军事侦察、搭载航拍电子设备进行科研试验、海事侦察、保钓活动等方面间接接触的航拍应用需求。此外，在环境监测、大气取样、增雨、资源勘探、禁毒，反恐、消防航拍侦察等方面，无人机航拍将大显身手。西方发达国家主要采用料油缸、涡喷和涡扇发动机，玻璃钢、铝合金、碳纤维等高新昂贵材料，先进的航电设备和高精航拍设备。 国内工业部门（包括院所和航空、航天集团公司）研制的无人机技术高于民营企业，目前无人机在我国毕竟首要用于军事用途，所以高空、高速、中远程、长航时、大载荷等类型的无人机，几乎全部是由航空集团、航天集团以及院校研制与生产，主要是应付军队的需求。但随着国家信息化建设，地球信息技术产业发展，民用无人机市场会逐渐得到重视，除了国内工业部门以外，更需要民营企业研发生产性价比更高的，满足市场需求的民用无人机。成本拉下来，应用推上去，这是一个趋势。 目前民用无人机航拍的缺点：市场不够规范，需要大量
旋翼无人机的组成部分 1、动力系统 （1）电动机 小型四旋翼无人机（轴距250mm左右）大都选用KV2000左右（配5-6寸桨）的电机。 （2）电子调速器 电子调速器用于驱动无刷直流电机，比较重要的参数是工作电流，刷新频率，重量。一般而言，当前市场上的大部分电子调速器的刷新频率都大于400hz。 （3）电调连接板 电调连接板，其本质为一块电源配电板，用于简化电池与电调、电调与飞控之间的电气连接，同时可以避免导线拆装时的反复焊接。 （4）桨叶 桨叶与电机的搭配主要是从机架大小、能否提供足够动力这两方面进行考虑。 （5）电池 现在几乎所有的四旋翼无人机都使用锂电池，主要考量电池的容量、放电速率、自身重量。如：ACE格瑞普2200mAh锂电池，充电倍率20C，重量186g，尺寸25mm*34mm*105mm 2、支撑和外观系统 支撑和外观系统（机架）是指无人机的承载平台，所有设备都是用机架承载起来飞上天上的，所以无人机的机架好坏，很大程度上决定了这部无人机的使用寿命。衡量一个机架的好坏，可以从坚固程度、使用方便程度、元器件安装是否合理等等方面考察。 现在常见的无人机，多数指多轴飞行器的形式，机架的组成大同小异，主要由中心板、力臂、脚架组成，有结构简单的特点。 多轴飞行器的轴数，从两轴开始，到十多轴都有，但常见的还是以4、6、8轴为主。轴数越多、螺旋桨越多、机架的负载就越大，但相对地结构也就变得越复杂。 3、飞控制系统 （1）飞控原理 四旋翼飞行器的控制系统分为两个部分：飞行控制系统和无刷直流电机调速系统。飞行控制系统通过IMU惯性测量单位（由陀螺传感器和加速度传感器组成）检测飞行姿态，通过无线通讯模块与地面遥感器通讯。4个无刷直流电机调速系统总线与飞行控制器通信，通过