2.1 ARM-Cortex M4架构
ARM-Cortex M4 架构：
无人机控制系统可以采用基于ARM系统架构的嵌入式处理器来实现，本次
重点基于ARM-Cortex M4架构的无人机飞控系统。
ARM是32位嵌入式微处理器的行业领先提供商，到目前为止，已推出各
种各样基于通用体系结构的处理器，这些处理器具有高性能和行业领先的功效，而且系统成本也有所降低。
基于ARMv7架构以上的Cortex系列主要分为A（应用处理器）、R（实时
处理器）、M（微控制器）三大应用系列。其中Cortex-M系列处理器主要是针
对微控制器领域开发的，在该领域中，既需进行快速且具有高确定性的中断管理，又需将逻辑门数和功耗控制在最低。Cortex-M处理器是一系列可向上兼容
的高能效、易于使用的处理器，这些处理器旨在帮助开发人员满足将来的嵌入
式应用的需要。这些需要包括以更低的成本提供更多功能、不断增加连接、改
善代码重用和提高能效
ARM-Cortex 的特点：
更低的功耗：以更低的 MHz 或更短的活动时段运行，基于架构的睡眠模式支持，比 8/16 位设备的工作方式更智能、睡眠时间更长
更小的代码（更低的硅成本）：高密度指令集，比 8/16 位设备每字节完
成更多操作，更小的 RAM、ROM 或闪存要求
易于使用：多个供应商之间的全球标准，代码兼容性，统一的工具和操作
系统支持
更有竞争力的产品：Powerful Cortex-M processor，每MHz 提供更高的
?Cortex-M4是一个32位处理器内核
?内部的数据路径是32位的，寄存器是32位的，存储器接口也是32 位的
?采用哈佛架构
?小端模式和大端模式都是支持的
?Thumb指令集与32位性能相结合的高密度代码
?针对成本敏感的设备Cortex-M4处理器实现紧耦合的系统组件，降低处理器的面积，减少开发成本
?ROM系统更新的代码重载的能力
?该处理器可提供卓越的电源效率
?饱和算法进行信号处理
?硬件除法和快速数字信号处理为导向的乘法累加
?集成超低功耗的睡眠模式和一个可选的深度睡眠模式
?快速执行代码会使用较慢的处理器时钟，或者增加睡眠模式的时间?为平台的安全性和稳固性，集成了MPU（存储器保护单元）
?Cortex-M4内部还附赠了好多调试组件，用于在硬件水平上支持调试操作，如指令断点，数据观察点等
?有独立的指令总线和数据总线，可以让取指与数据访问并行不悖
2.1.3 基于ARM Cortex-M4 内核的微控制器
ARM Cortex-M4内核是微控制器的中央处理单元（CPU），配合外围设备模块和组件，形成完整的基于Cortex-M4的微控制器。在芯片制造商得到Cortex-M4处理器内核的使用授权后，它们可以将Cortex-M4内核用在自己的硅片设计中，添加存储器，外设，I/O以及其它功能块。不同厂家设计出的单片机会有不同的配置，包括存储器容量、类型、外设等都各具特色。由于基于统一的内核架构，事实上本书后面所介绍的飞控软件和算法虽然已ST的
STM32F407为基础，它们是很容易移植到其他公司的同内核平台芯片上的，很多与外设无关的代码部分不需要任何改变即可移到其他平台上，仅需要关注外围设备相关部分的驱动代码。
?飞思卡尔（现并入恩智浦）基于ARM Cortex M4内核的Kinetis K60微控制器系列。Kinetis微控制器组合产品由多个基于ARM@CortexTM_M4内核且引脚、外设和软件均兼容的微控制器系列产品组成。
?ST基于ARM Cortex-M4内核的STM32 F4微控制器系列，具有高达
168MHz的主频，以及在此主频工作下的基准测试功耗为38.6mA
?TI 基于ARM Cortex-M内核的新型低功耗、浮点Stellaris Cortex-M4F 微控制器系列
?恩智浦半导体NXP Semiconductors N.V. 推出LPC4000微控制器，该系列产品采用ARM Cortex-M4和Cortex-M0双核架构的非对称数字信号控制器?ATMEL（Atmel Corporation）基于 Cortex-M4 的 SAM4S16
2.2 STM32F4 系列微控制器
微控制器
意法半导体（STMicroelectronics）推出的基于ARM Cortex-M4F系列的微控制器采用了一发半导体最新的NVM工艺和ART加速器TM，处理性能可以达到1.25DMIPS。
?集成了新的DSP和FPU指令
?210DMIPS@168MHz
?由于采用了ST的ART加速器，程序从FLASH运行相当于0等待
?多达1MB FLASH
?192Kb SRAM：128KB 在总线矩阵上，64KB在专为CPU使用的数据总线上?支持SWD 2线调试接口
高级外设接口：
?USB OTG高速 480Mbit/s
?IEEE1588，以太网 MAC 10/100
?PWM高速定时器：168MHz最大频率
?加密/哈希硬件处理器：32位随机数发生器（RNG）
?带有日历功能的32位RTC：<1μA的实时时钟，1秒精度
?低电压：1.8V到3.6V VDD，在某些封装上，可降低至1.7V
?全双工I2S
?12位 ADC：0.41us转换/2.4Msps（7.2Msps在交替模式）
?高速USART，可达10.5Mbits/s
?高速SPI，可达37.5Mbits/s
?Camera接口，可达54M字节/s
针对无人机飞控系统所使用的外设模块和硬件接口并不需要很多，基本的主要有以下几种：
?I2C
?UART
?SPI
?PWM输入捕获和输出比较
?AD模数转换
?SWD/JTAG调试口
?GPIO
2.3 飞行控制系统硬件架构设计与原理
2.3 飞行控制系统硬件架构设计与原理
2.3.1 遥控接收机接口
比例遥控器有两种编码模式PCM和PPM，而遥控器的接收机的输出则对应
着三种接口类型，一种是PWM通信接口，一种是PPM通信接口，一种是S-bus。
什么是PWM？
PWM又称脉冲宽度调制技术，是利用微处理器的数字输出对模拟电路进行
控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许
多领域中。
在多旋翼无人机系统中，PWM的主要作用是用来控制电机与表示遥控器信号；
一般由遥控接收机接收到PPM信号后，接收机内部解码出每个通道的控制量，然后按照PWM信号重构每个通道并输出到飞控控制系统中。通过读取下图
的恒定脉冲周期中的可变脉冲宽度来进行遥控器发送数据的判定，进而达到控
制无人机的作用。
PWM信号的优点：
?传输过程高电平采用全电压传输，非0即1，具有数字信号的特性，即
可以拥有数字信号的抗干扰能力。
?脉宽的宽度是可以连续调节的，因为这它是传输的连续模拟信息。?PWM信号的产生和采集解析比较简单，只需要一定的数字电路或者定时器即可，基本不需要占用CPU的运算逻辑资源。
?传输的信号量与电压本身无关，因此对电压上的噪声纹波等不敏感。
什么是PCM编码？
PCM 脉冲编码调制是Pulse Code Modulation的缩写。脉冲编码调制是数字通信的编码方式之一。主要过程是将话音、图像等模拟信号每隔一定时间进行取样，使其离散化，同时将抽样值按分层单位四舍五入取整量化，同时将抽样值按一组二进制码来表示抽样脉冲的幅值
PCM信号编码过程：
PCM信号编码过程为：模拟信号 -> 单位时间采样 -> 量化 -》编码，其原理过程可以参考右图所示
遥控器接收机将获取到的无线数据通过右图的方式将接受到的模拟信号转换成‘0’和‘1’的数字信号输入到飞控控制系统中。飞控通过解析接收到的数字信号得出遥控器接收机发送的数据。
什么是S-bus接口？
S-bus信号接口，这是日本双叶电子工业株式会社（Futaba）所定义的一种遥控器专用串行总线，它实际上是一种数字总线，采用数字传输方式，这样
可以非常方便的在嵌入式系统中适配，并且抗干扰性大大提高。由于S-bus是
一种总线，这意味着一套总线可以扩展连接多个舵机设备，而不需要消耗过多
的物理连线。
S-bus的接口物理层实际上是符合通用串行通信口的标准，TTL电平，使用负逻辑（即低电平是逻辑“1”，高电平是逻辑“0”），波特率使用标准100K；其数据帧结构如下图所示
2.3.2 电调输出接口
飞行控制系统的执行机构一般是无刷直流电机或者空心杯电机，对于无刷
直流电机需要通过电子调速器（1.5.4节）进行驱动，因此飞控系统通过控制
输出PWM信号控制电子调速器，从而控制电机转速。在“光标”飞控系统中，
硬件上采用了STM32F407处理器的8路TIM输出PWM通道。
采用TIM的输出比较模式（Output Compare）直接控制PWM定时器输出，
这样的好处是输出控制信号无需消耗CPU的运算资源。
2.3.3 传感器接口
一般市面上的飞控系统上集成的板载传感器主要6轴MEMS微机械传感器，即加三轴速度计和三轴陀螺仪，三轴磁力计，气压高度计，这种配置称为
10DOF（degrees of the freedom）。
光标飞控中采用的陀螺仪加速度计是集成一体的芯片MPU6050；MPU6050提供了SPI接口和I2C接口两套总线访问方式。在光标飞控中为了能够共享总线，采用了I2C总线接口。将MPU6050挂载在I2C1总线上。
气压高度计是通过测量大气压力来间接获取气压高度的传感器，本例采用
飞思卡尔（现恩智浦）半导体公司的MPL3115气压高度计来实现该数据的测量。
其内部集成了一个微机械的气压传感器，配备一个24位高精度ADC模拟/数字
转换器，并采用I2C接口总线与主机连接。
磁力计是通过芯片内部的微磁性材料来测量空间3维的磁场强度的传感器，在“光标”飞控中主要采用的是霍尼韦尔公司的HMC5883L来进行测量，也是通过I2C总线外挂的，如图2-15所示。“光标”飞控通过可选贴的0欧姆电阻来选择磁力计挂在MPU6050的I2C从设备总线上，或者直接与MPU6050共享
STM32主芯片的I2C总线
2.3.4 GNSS接口
GNSS（Global Navigation Satellite System）全球导航卫星位系统主要
包含美国的GPS全球定位系统，俄罗斯的Glonass，欧洲的Galileo，中国的Beidou卫星导航系统，以及一些区域增强系统等
无人机在室外无人自主驾驶飞行时候必须要通过GNSS系统来获得自己的位置信息，同时计算与规划航线之间的关系，并转换成飞行器的控制信号，从而
控制飞行器按照既定的飞行路线飞行。因此飞控系统一般都集成有GNSS模块的接口。GNSS模块一般都采用标准串口（波特率57600）与主控设备互联。
2.3.5 SWD调试口
SWD，全称Serial Wire Debug，即串行总线调试口，是ARM公司在CoreSight调试访问接口技术中定义的2线制的调试规范，SWD接口比传统处理器调试接口JTAG规范（需要5个引脚）的优势非常明显，它占用较少的芯片引脚，同时提供高速的调试性能，尤其对于仅有较少引脚封装体积较小的微控制
器系列
SWD 模式比 JTAG 在高速模式下面更加可靠。在大数据量的情况下面 JTAG 下载程序会失败, 但是 SWD 发生的几率会小很多。在调试仿真的时候用J-
LINK的Cortex-M4方式已经足够，并且在MDK下的功能已经做得非常的好，用
标准20脚的JTAG下载，速度是非常的快，一般初学者都是这样做的。但是SWD方式似乎速度更快、更加方便、简捷、，对于项目中对板子空间要求严格、I/O口资源紧张的用户来说更加的有利，正常的JTAG需要20管脚，而J-Link 的SWD只需要2根线（SWDIO、SWCLK）就够了（加上电源线也就4根），这样
就节省了3个I/O口（JTDI、JTDO、JNTRST）为其它所用，并且可节省一部分
板子的空间
?仅占用两个接口，时钟线CLK和数据线DIO
?可以与芯片内部的JTAG TAP控制器通信并测试
?能够作为芯片内部的AMBA总线的主设备访问系统内存空间和外设以及调试寄存器
?高性能的传输速率- 4MBytes/sec @50MHz
?低功耗-不需要额外供电
2.3.6 超声波接口
超声波接口采用串口通讯引脚接口，其中串口通讯端口分别标记为TX（数据发
送端口）与RX（数据接收端口）
2.3.7 系统供电
在无人机飞控系统中有很多种供电模式和方式，例如可以通过带有BEC功
能的电子调速器模块可以直接输出5V直流电源，还有专用的电源模块可以直接从2S~6S（7.4V~22.2V，详细见1.5.3节介绍）的无人机电池直接转换，采用
电源模块的好处是高级电源模块还配备了电压和电流采样电阻，可以实时获取
电池的供电电压以及全系统的电流功耗等数据，如图2-21所示。除以上两种方式外，“光标”飞控模块还配备了直接通过SWD接口和U转串口模块接口取电
的方式。为了防止同时从几个口接入电源导致倒灌，可使用跳线进行电源接口
的选择。
下图为“光标”飞控的电路电源拓扑图
2.3.8 遥测数传
在飞控系统中为遥测数传模块采用串行通信口连接。“光标”飞控采用
STM32系统的UART3串口作为遥测数传模块接口，并且采用与APM及PixHawk
等开源飞控系统兼容的接口定义。
2.3.9 其他功能和拓展接口
飞行控制系统一般还需要提供各种其他的功能和扩展接口，比如用到保存系统
的传感器校准参数的EEPROM、使用LED灯的亮灭、闪烁来指示系统的状态、保
留由虚拟串口通讯使用的USB OTG端口、以及预备了SPI总线结构和支持USART通讯的串口等。
2.6 飞控系统硬件设计注意事项
注意事项：
对于无人机的飞控系统的硬件设计时，要考虑到一下几个方面：
?传感器选型要分析好测量的量程是否符合飞行环境和算法的需要，例如
工作温度，封装尺寸，功耗，供电和接口等方面
?传感器的测量精度和噪声是否能够达到软件算法的需求
?传感器的响应频率是否足够达到算法的刷新需求
?对于飞控系统的外接模块接口，考虑到飞行器机载环境的恶劣和震动影响，必须要选
?对于六轴MEMS微机械姿态传感器，由于飞行控制系统主要需要测量整个机体的质心加速度信息以及机体围绕质心旋转的角速度信息，因此六轴的最佳
位置是放在机体的质心位置
?无人机由于电机和螺旋桨的高速运动，会产生机体高速震动。这个振动
主要来源于机架本身的设计误差和实际应用变形，此外还有电机与螺旋桨的不
对称。飞控系统上的MEMS传感器对振动非常敏感，并且这些传感器的数据直接影响到系统姿态估计和速度位置估计，同时这些估计又影响到飞行器的自稳、
定高、定点、导航和自主等飞行模式下的控制算法。因此这个震动对于飞控算
法来说是有害噪声，需要加以抑制。抑制振动噪声主要通过硬件方式和软件数
字滤波的方式来处理。硬件上的办法是对MEMS微机械传感器模块进行减震处理，例如加减震板或者减震海绵及垫片等设备
?传感器的测量数据会受到环境温度的影响，因此一般需要尽可能的保持传感器处于恒温环境下工作，例如使用加热电阻对传感器加热使其处于恒温工作状态。或者在软件中进行温度标定制定温度补偿曲线
?气压传感器容易受无人机本身螺旋桨产生的风的影响，因此一般可以在气压传感器上增加挡风的配件，例如用海绵或者棉花等
无人机地面站 地面站作为整个无人机系统的作战指挥中心，其控制内容包括 :飞行器的飞行过程，飞 行航迹，有效载荷的任务功能，通讯链路的正常工作，以及飞行器的发射和回收。 中文名：无人机地面站 外文名： UAV ground station 目录 概述 地面站的配置和功能概述 ?地面站的典型配置 ?地面站的典型功能 关键技术及典型解决方案 ?友好的人机界面 ?操作员的培训 ?一站多机的控制 ?开放性、互用性与公共性 ?地面站对总线的需求 ?可靠的数据链 无人机地面站发展的趋势 概述 近20 年来，无人机己发展成集侦察、攻击于一体，而未来的无人机还将具有全 自主完成远程打击甚至空空作战任务的攻击能力。同时，与无人机发展相匹配的地面 控制站 （GCS:Ground Control Station)将具有包括任务规划、数字地图、卫星数据链、图像处理 能力在内的，集控制、瞄准、通信、处理于一体的综合能力。未来地面站的功能将更为强大：不仅能控制同一型号的无人机群，还能控制不同型号无人机的联合机群。地面站系统具有开 放性和兼容性，即不必进行现有系统的重新设计和更换就可以在地面控制站中通过增加新的 功能模块实现功能扩展，相同的硬件和软件模块可用于不同的地面站。 地面站作为整个无人机系统的作战指挥中心，其控制内容包括：飞行器的飞行过程、飞行航迹、有效载荷的任务功能、通讯链路的正常工作，以及飞行器的发射和回收。GCS除了完成基本的飞行与任务控制功能外，同时也要求能够灵活地克服各种未知的自然与人为因素 的不利影响，适应各种复杂的环境，保证全系统整体功能的成功实现。未来的地面站系统还应实现与远距离的更高一级的指挥中心联网通讯，及时有效地传输数据、接收指令，在网络化的现代作战环境中发挥独特作用。
无人机喷洒农药控制系统设计 陈爱国 （泰州学院，江苏泰州２２５３００） 摘 要：农药喷洒采用无人机技术能减少环境污染、提高喷洒效率。现对无人机的控制量进行重点设计，使无人机能够精确跟踪无线指令，满足现代农业对农药喷洒的需求。 关键词：多旋翼无人机；农药喷洒；控制系统；设计 ０ 引言 我国是农业大国，其农药喷洒主要由人工完成，这种方式 已经严重威胁到工作人员的身心健康，且对农药的利用率低。无人驾驶飞机ＵＡＶ（ＵｎｍａｎｎｅｄＡｅｒｉａｌＶｅｈｉｃｌｅ）是近年来发展比较快、在很多领域都有应用的一种新技术装备，在农业生产中使用多旋翼无人机技术进行农药喷洒作业有独特的优点，比如作业高度低、定点定向喷洒、解放人力、效率高、维修成本低等，特别是旋翼产生的涡流，可以使农药喷雾更好地附着在农作物上，提高农药防治病虫害的效率。 １ 总体设计 无人机结构简单 、维修方便，其控制系统一般采用模块化设计，总体结构如图１所示。 图１ 系统组成框图 多旋翼无人机的结构比较复杂，它需控制６个自由度，需 要利用精度高的传感器和精确的姿态数据。与无人机通讯采用无线方式，主要控制旋翼电机，控制电机的信号一般采用ＰＷＭ波形即可，输出给电子调速器。 ２ 硬件设计 硬件的选择较为关键，在系统设计时需充分考虑微处理器的数据处理精度和浮点运算能力、传感器型号、各类芯片级联电平的匹配等问题。比如微处理器采用ＳＴＭ３２Ｆ４２７ＶＩＴ６，集成加速度和三轴陀螺仪的ＭＰＵ６０００芯片，电子罗盘采用ＨＭＣ５８４３芯片，气压传感器采用ＭＳ５６１１芯片。在无线通讯时，直接采用ＰＰＭ（ＰｕｌｓｅＰｏｓｉｔｉｏｎＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式对控制系统进行信号的控制，为了更好地控制无人机姿态，还需采用超声波测距模块，用来锁定无人机的高度。 硬件系统结构设计如图２所示，无人机运行时，旋翼电机产生的电流较大，且无人机姿势不断变化，其控制电流随之变化，会产生电磁干扰，造成通讯控制信号出错， 特别是超声波测距模块与控制芯片不能直接级联，需要进行电平转换， 如图３所示。 图２ 硬件系统结构图 图３ 电平转换电路 为了防止旋翼电机在姿态变化时，反向电压通过电子调速 器反馈给微处理器，可能造成电压过大烧毁器件，需要加接隔离电路。同时为了有效控制电机转速，采用高频ＰＷＭ 信号控制电机转速，更需要隔离电路，如图４所示。 图４ 隔离电路 ３ 软件设计 软件程序设计，必须满足无人机喷洒各种控制要求，主要 包含三大部分：第一，需要考虑无人机与遥控器之间的通讯联系，特别是各种姿态控制量发生变化时，无人机能及时响应，若发生通讯异常，一般采用中断程序来判断，执行中断后，无人机能执行既定程序并报警；第二，输入信号捕获，（下转第１１５页）
2.1 ARM-Cortex M4架构 ARM-Cortex M4 架构： 无人机控制系统可以采用基于ARM系统架构的嵌入式处理器来实现，本次 重点基于ARM-Cortex M4架构的无人机飞控系统。 ARM是32位嵌入式微处理器的行业领先提供商，到目前为止，已推出各 种各样基于通用体系结构的处理器，这些处理器具有高性能和行业领先的功效，而且系统成本也有所降低。 基于ARMv7架构以上的Cortex系列主要分为A（应用处理器）、R（实时 处理器）、M（微控制器）三大应用系列。其中Cortex-M系列处理器主要是针 对微控制器领域开发的，在该领域中，既需进行快速且具有高确定性的中断管理，又需将逻辑门数和功耗控制在最低。Cortex-M处理器是一系列可向上兼容 的高能效、易于使用的处理器，这些处理器旨在帮助开发人员满足将来的嵌入 式应用的需要。这些需要包括以更低的成本提供更多功能、不断增加连接、改 善代码重用和提高能效 ARM-Cortex 的特点： 更低的功耗：以更低的 MHz 或更短的活动时段运行，基于架构的睡眠模式支持，比 8/16 位设备的工作方式更智能、睡眠时间更长 更小的代码（更低的硅成本）：高密度指令集，比 8/16 位设备每字节完 成更多操作，更小的 RAM、ROM 或闪存要求 易于使用：多个供应商之间的全球标准，代码兼容性，统一的工具和操作 系统支持 更有竞争力的产品：Powerful Cortex-M processor，每MHz 提供更高的
?Cortex-M4是一个32位处理器内核 ?内部的数据路径是32位的，寄存器是32位的，存储器接口也是32 位的 ?采用哈佛架构 ?小端模式和大端模式都是支持的 ?Thumb指令集与32位性能相结合的高密度代码 ?针对成本敏感的设备Cortex-M4处理器实现紧耦合的系统组件，降低处理器的面积，减少开发成本 ?ROM系统更新的代码重载的能力 ?该处理器可提供卓越的电源效率 ?饱和算法进行信号处理 ?硬件除法和快速数字信号处理为导向的乘法累加 ?集成超低功耗的睡眠模式和一个可选的深度睡眠模式 ?快速执行代码会使用较慢的处理器时钟，或者增加睡眠模式的时间?为平台的安全性和稳固性，集成了MPU（存储器保护单元） ?Cortex-M4内部还附赠了好多调试组件，用于在硬件水平上支持调试操作，如指令断点，数据观察点等 ?有独立的指令总线和数据总线，可以让取指与数据访问并行不悖 2.1.3 基于ARM Cortex-M4 内核的微控制器 ARM Cortex-M4内核是微控制器的中央处理单元（CPU），配合外围设备模块和组件，形成完整的基于Cortex-M4的微控制器。在芯片制造商得到Cortex-M4处理器内核的使用授权后，它们可以将Cortex-M4内核用在自己的硅片设计中，添加存储器，外设，I/O以及其它功能块。不同厂家设计出的单片机会有不同的配置，包括存储器容量、类型、外设等都各具特色。由于基于统一的内核架构，事实上本书后面所介绍的飞控软件和算法虽然已ST的 STM32F407为基础，它们是很容易移植到其他公司的同内核平台芯片上的，很多与外设无关的代码部分不需要任何改变即可移到其他平台上，仅需要关注外围设备相关部分的驱动代码。 ?飞思卡尔（现并入恩智浦）基于ARM Cortex M4内核的Kinetis K60微控制器系列。Kinetis微控制器组合产品由多个基于ARM@CortexTM_M4内核且引脚、外设和软件均兼容的微控制器系列产品组成。 ?ST基于ARM Cortex-M4内核的STM32 F4微控制器系列，具有高达 168MHz的主频，以及在此主频工作下的基准测试功耗为38.6mA
业界常说“４Ｇ改变生活，５Ｇ改变社会”。我们认为，５Ｇ最革命性的意义在于与文化娱乐、工业设施、医疗仪器、交通工具等的深度融合，有效满足娱乐、工业、医疗、交通等各个垂直行业的多样化业务需求，进而实现万物互联。 根据国际电联ＩＴＵ的５Ｇ愿景，５Ｇ将会面向三大应用场景：增强移动宽带场景（ｅｎｈａｎｃｅｄｍｏｂｉｌｅｂｒｏａｄｂａｎｄ，ｅＭＢＢ）、低时延高可靠场景（ｕｌｔｒａ－ｒｅｌｉａｂｌｅａｎｄｌｏｗｌａｔｅｎｃｙｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，ｕＲＬＬＣ）和大连接低功耗场景（Ｍａｓｓｉｖｅｍａｃｈｉｎｅｔｙｐｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，ｍＭＴＣ）。 ｅＭＢＢ主要面向超高清视频、虚拟现实（ＶＲ）／增强现实（ＡＲ）、高速移动上网等大流量移动宽带应用，是５Ｇ对４Ｇ移动宽带场景的增强，单用户接入带宽可与目前的固网宽带接入达到类似量级，接入速率增长数十倍，对承载网提出超大带宽需求。ｍＭＴＣ主要面向以传感和数据采集为目标的物联网等应用场景，具有小数据包、海量连接、更多基站间协作等特点，连接数将从亿级向千亿级跳跃式增长，要求承载网具备多连接通道、高精度时钟同步、低成本、低功 耗、易部署及运维等支持能力。ｕＲＬＬＣ主要面向车联网、工业控制等垂直行业的特殊应用场景，要求５Ｇ的无线和承载网络要具备低时延和高可靠等处理能力。 ５Ｇ的商用将给生活方式和生产方式带来显著的变化，给社会带来良好效益。从５Ｇ技术相关度、市场潜力两方面出发，华为认为５Ｇ的十大应用场景包括：云ＶＲ／ＡＲ、车联网、智能制造、智慧能源、无线医疗、无线家庭娱乐、网联无人机、社交网络、个人ＡＩ辅助、智慧城市。 中国移动５Ｇ联创中心基于时延和速率两个维度，也列举了大量的５Ｇ潜在应用，包括ＡＲ／ＶＲ／高清视频４Ｋ、网联无人机、智能网联汽车、智能电网、智慧医疗等等。 我们认为，５Ｇ作为移动通信网络，其核心优势在于移动状态下的高速率、高可靠、低时延，因此其主要应用场景可能还是要充分发挥上述特性，而且可能率先应用的场景还是２Ｃ，然后是２Ｂ。 一、无人机１．应用场景简介 阎贵成 5G 应用前瞻深度报告 —— —无人机、智能制造ＤＥＥＰＲＥＰＯＲＴＯＦＰＲＯＳＰＥＣＴＯＦ５Ｇ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ
无人机地面站发展综述 [摘要]主要介绍了无人机地面站的发展，包括无人机地面站典型的配置、功能及其关键技术。并展望了未来无人机地面站发展趋势。 1、概述 20年来，无人机己发展成集侦察、攻击于一体，而未来的无人机还将具有全自主完成远程打击甚至空空作战任务的攻击能力。同时，与无人机发展相匹配的地面控制站(GCS: Ground Contrul Station) 将具有包括任务规划，数字地图，卫星数据链，图像处理能力在内的集控制、瞄准、通信、处理于一体的综合能力。未来地面站的功能将更为强大:不仅能控制同一型号的无人机群，还能控制不同型号无人机的联合机群:地面站系统具有开放性和兼容性，即不必进行现有系统的重新设计和更换就可以在地面控制站中通过增加新的功能模块实现功能扩展;相同的硬件和软件模块可用于不同的地面站。 地面站作为整个无人机系统的作战指挥中心，其控制内容包括:飞行器的飞行过程，飞行航迹，有效载荷的任务功能，通讯链路的正常工作，以及飞行器的发射和回收。GCS除了完成基本的飞行与任务控制功能外，同时也要求能够灵活地克服各种未知的自然与人为因素的不利影响，适应各种复杂的环境，保证全系统整体功能的成功实现。未来的地面站系统还应实现与远距离的更高一级的指挥中心联网通讯，及时有效地传输数据，接收指令，在网络化的现代作战环境中发挥独特作用。 2典型地面站的配置和功能概述 2.1地面站的典型配置 目前，一个典型的地面站由一个或多个操作控制分站组成，主要实现对飞行器的控制、任务控制、载荷操作、载荷数据分析和系统维护等。其相互间的关系如图1所示。
(1)系统控制站。在线监视系统的具体参数，包括飞行期间飞行器的健康状况、显示飞行数据和告警信息。 (2)飞行器操作控制站。它提供良好的人机界面来控制无人机飞行，其组成包括命令控制台、飞行参数显示、无人机轨道显示和一个可选的载荷视频显示。 (3)任务载荷控制站。用于控制无人机所携带的传感器，它由一个或几个视频监视仪和视频记录仪组成。 (4)数据分发系统。用于分析和解释从无人机获得的图像。 (5)数据链路地面终端。包括发送上行链路信号的天线和发射机，捕获下行链路信号的天线和接收机。 数据链应用于不同的UAV系统，实现以下主要功能: —用于给飞行器发送命令和有效载荷; —接收来自飞行器的状态信息及有效载荷数据。 (6)中央处理单元:包括一台或多台计算机，主要功能如下: —获得并处理从UAV来的实时数据: —显示处理; —确认任务规划并上传给UAV; 一一电子地图处理; —数据分发: —飞行前分析; —系统诊断。 2.2地面站的典型功能 GCS也称为“任务规划与控制站”。任务规划主要是指在飞行过程中无人机的飞行航迹受到任务规划的影响;控制是指在飞行过程中对整个无人机系统的各个系统进行控制，按照操作者的要求执行相应的动作。地面站系统应具有以下几个典型的功能: (1)飞行器的姿态控制。在各机载传感器获得相应的飞行器飞行状态信息后，通过数据链路将这些数据以预定义的格式传输到地面站。在地面站由GCS计算机处理这些信息，根据控制律解算出控制要求，形成控制指令和控制参数，再通过数据链路将控制指令和控制参数传输到无人机上的飞控计算机，通过后者实现对飞行器的操控。 (2)有效载荷数据的显示和有效载荷的控制。有效载荷是无人机任务的执行单元。地面控制站根据任务要求实现对有效载荷的控制，并通过对有效载荷状态的显示来实现对任务执行情况的监管。 (3)任务规划、飞行器位置监控、及航线的地图显示。任务规划主要包括处理战术信息、研究任务区域地图、标定飞行路线及向操作员提供规划数据等。飞行器位置监控及航线的地图显示部分主要便于操作人员实时地监控飞行器和航迹的状态。 (4)导航和目标定位。无人机在执行任务过程中通过无线数据链路与地面控制站之间保持着联系。在遇到特殊情况时，需要地面控制站对其实现导航控制，使飞机按照安全的路线飞行。随着空间技术的发展，传统的惯性导航结合先进的GPS导航技术成为了无人机系统导航的主流导航技术。目标定位是指飞行器发送给地面的方位角，高度及距离数据需要附加时间标注，以便这些量可与正确的飞行器瞬时位置数据相结合来实现目标位置的最精确计算。为了精确确定目标的位置，必须通过导航技术掌握飞行器的
无人机飞行路线控制系统设计 由于无人机是通过无线遥控的方式完成自动飞行和执行各种任务,具有安全零伤亡、低能耗、重复利用率高、控制方便等优点,因此得到了各个国家、各行各业的高度重视和广泛应用。尤其以美国为代表,无论是在军事、民用、环境保护还是科学研究中,都将无人机的使用发挥到淋漓尽致,其拥有全球最先进的“捕食者”和“全球鹰”战斗无人机、监测鸟类的“大乌鸦”无人机、民用用途的“伊哈纳”无人机等等。我国在无人机研制方面也取得了一定的成就,拥有技术卓越的“翔龙”和“暗箭”高空高速无人侦查机、多用途的“黔中”无人机、探测海洋的“天骄”无人机、中继通讯的“蜜蜂”无人机等等。在未来,随着现代化工业技术、信息技术、自动化技术、航天技术等高新技术的迅速发展,无人机技术将日趋成熟,性能日益完善,为此将拥有更为广阔的应用前景。为确保无人机能够有效地完成各种飞行任务,研发者开发了各种技术方式的飞行控制系统,完成对无人机的起飞、飞行控制、着陆以及相应目标任务等操作的控制。飞行路线控制是飞行控制系统中最基础也是最核心的功能控制部分,其它所有的飞行任务控制都是飞行路线控制的基础之上实现。目前对于无人机飞行路线的控制已有各种各样方式的系统,但大多数系统都存在一定缺陷,如有些系统操作过于繁杂,不够智能化;有些系统只能在视距范围遥 控无人机,严重限制了无人机的使用;有些系统过于专用化,不能适用于大多数类型的无人机;有些比较完善的系统,造价又过于昂贵,等等一系列问题。针对以上存在的这些问题,本课题提出了一种成本低、
遥控距离远、智能化、高效化、适用性广的无人机飞行路线控制系统设计方案。该系统方案包括两大部分,一部分是操作人员所处的地面监控系统,一部分是无人机端的受控系统,实现的机制主要是无人机不断地将自身的定位信息实时地传送给地面控制系统,地面控制系统将无人机位置信息通过电子地图可视化显示给操作人员,操作人员结合本次飞行任务,采用灵活的鼠标绘制方式在地图上绘制预定的飞行路线,地面控制系统对绘制路线进行自动处理生成可用的路线控制信息帧并发送给无人机受控系统,无人机受控系统接收到位置控制信息帧,不断结合实时的方位信息得到飞行控制信息,从而遥控无人机按照预定路线飞行。此外,为方便用户以后对历史数据的查看,以分析总结得到一些有价值的信息,地面监控系统还包含了对预定路线和无人机历史飞行路线的存储、查询和在地图中回放功能。基于GIS技术的地面监控系统的具体实现是在Windows操作系统上,采用Visual Basic作为系统开发环境并结合MSComm串口通信技术、Mapx二次开发组件技术、Winsock网络接口技术以及Access数据库技术完成软件设计,实现与无人机受控系统的无线通信、GIS系统操作和监控、历史数据存储和重现等,其中实验区域的电子地图采用Mapinfo Professional开发软件绘制完成,并创新性地设计并绘制了画面简洁的带高层信息的二点三维矢量地图,而对于绘制路线的优化和提取处理采用了垂距比值法和最小R值法。无人机端使用BDS-2/GPS双卫星系统对无人机实时位置进行高精度的定位,采用双串口单片机进行运算控制处理,实时的飞行控制信息采用了几何空间算法得到,另外采
前言 森林是人类社会极其重要的自然资源，是人类生存与发展的基础。保护好森林资源是人类自 身发展的需要。森林是陆地上最为重要的生态系统，能够防止风沙、净化空气、气候条件、 涵养水源、保持水土、维持大气平衡，保护着地球的生态平衡，是国家及其重要的资源。保 护森林资源，改善生态环境，是生态建设的主要目标，也是林业建设的一项重要内容，然而 林业经常存在火灾、病害、人为砍伐等隐患问题。 传统人工巡护方式，劳动强度大，效率低，且信息获取不准确，而卫星对森林资源的信息获取，由于获取周期长，时效性差，无法满足实时监控的需求。传统载人飞机改善了时效性差、人工巡护的问题，基本满足实时监测的需求，但在森林火灾等环境恶劣的环境下，飞行安全 将会受到严重威胁，且其受环境、空域等影响较大，维护成本较高，不能满足林业的日常化 管理。寻求一门新的高科技手段应用到森林资源监测、森林防火及林业执法中，已成为林业 管理的一项迫在眉睫、亟待解决的重大课题。 单位所遇到的问题： 对森林巡视工作的管理目标是能降低成本、提高工作效率以及管理水平。在目前阶段巡视工 作的主要管理难点有三个： ?个别林区分布原因，导致巡视工作难度大，巡视人员的巡视工作存在一定的危险性。 ?无法与现有巡护管理系统实现地上空中全方位监控管理。 ?现有无人机操作复杂，需要人员控制，巡视效果不佳。 为此我公司研发了一套针对于林业单位的《无人机智能巡护管理系统》，进而有效的利用无 人机，实现无人机自动巡航、悬停拍照等功能，为林业单位实现无人机巡护的智能化、人性 化管理。 建设目的 1. 与现有人工巡护方式结合，提高巡护工作效率，降低人工成本 2. 巡护区域无盲区，对管网工作实现全覆盖管理。 3. 实现实时环境监测，隐患快速上报。 4. 实现隐患点精准锁定，智能分析，报警推送。 5. 实现无人机自动巡护，自动取证，自动分析，自动上报，自动起返航。 6. 实现多架无人机协同巡护，低电量任务自动转移，保证巡护工作的顺利完成。 7. 构建大数据分析系统，实现多数据综合分析汇总表，为企业生产运营以及发展部署提供相 应的参考依据 工作原理描述 无人机智能巡护管理系统主要是利用无人机高清摄像头实现巡护现场的定点取证，现场监测 以及隐患分析等工作，与传统无人机不同的时，该系统的设计理念为全自动运行，定期给无 人机制定相应的巡护任务，无人机可实现自动起飞，自动返航，关键点自动取证环境自动等 功能，实现了真正的“无人操作”无人机。
无人机导航定位技术简介与分析 无人机导航定位工作主要由组合定位定向导航系统完成，组合导航系统实时闭环输出位置和姿态信息，为飞机提供精确的方向基准和位置坐标，同时实时根据姿态信息对飞机飞行状态进行预测。组合导航系统由激光陀螺捷联惯性导航、卫星定位系统接收机、组合导航计算机、里程计、高度表和基站雷达系统等组成。结合了SAR 图像导航的定位精度、自主性和星敏感器的星光导航系统的姿态测定精度，从而保证了无人飞机的自主飞行。 无人机导航是按照要求的精度，沿着预定的航线在指定的时间内正确地引导无人机至目的地。要使无人机成功完成预定的航行任务，除了起始点和目标的位置之外，还必须知道无人机的实时位置、航行速度、航向等导航参数。目前在无人机上采用的导航技术主要包括惯性导航、卫星导航、多普勒导航、地形辅助导航以及地磁导航等。这些导航技术都有各自的优缺点，因此，在无人机导航中，要根据无人机担负的不同任务来选择合适的导航定位技术至关重要。 一、单一导航技术 1 惯性导航 惯性导航是以牛顿力学定律为基础，依靠安装在载体(飞机、舰船、火箭等)内部的加速度计测量载体在三个轴向运动加速度，经积分运算得出载体的瞬时速度和位置，以及测量载体姿态的一种导航方式。惯性导航系统通常由惯性测量装置、计算机、控制显示器等组成。惯性测量装置包括加速度计和陀螺仪。三自由度陀螺仪用来测量飞行器的三个转动运动;三个加速度计用来测量飞行器的三个平移运动的加速度。 计算机根据测得的加速度信号计算出飞行器的速度和位置数据。控制显示器显示各种导航参数。惯性导航完全依靠机载设备自主完成导航任务，工作时不依赖外界信息，也不向外界辐射能量，不易受到干扰，不受气象条件限制，是一种自主式的导航系统，具有完全自主、抗干扰、隐蔽性好、全天候工作、输出导航信息多、数据更新率高等优点。实际的惯性导航可以完成空间的三维导航或地面上的二维导航。 2 定位卫星导航 定位卫星导航是通过不断对目标物体进行定位从而实现导航功能的。目前，全球范围内有影响的卫星定位系统有美国的GPS，欧洲的伽利略，俄罗斯的格拉纳斯。这里主要介绍现阶段应用较为广泛的GPS全球定位系统导航。
关于无人机飞行控制系统的全面解析 飞控的大脑：微控制器在四轴飞行器的飞控主板上，需要用到的芯片并不多。目前的玩具级飞行器还只是简单地在空中飞行或停留，只要能够接收到遥控器发送过来的指令，控制四个马达带动桨翼，基本上就可以实现飞行或悬停的功能。意法半导体高级市场工程师介绍，无人机/多轴飞行器主要部件包括飞行控制以及遥控器两部分。其中飞行控制包括电调/马达控制、飞机姿态控制以及云台控制等。目前主流的电调控制方式主要分成BLDC方波控制以及FOC正弦波控制。 高通和英特尔推的飞控主芯片CES上我们看到了高通和英特尔展示了功能更为丰富的多轴飞行器，他们采用了比微控制器（MCU）更为强大的CPU或是ARM Cortex-A系列处理器作为飞控主芯片。例如，高通CES上展示的Snapdragon Cargo无人机是基于高通Snapdragon芯片开发出来的飞行控制器，它有无线通信、传感器集成和空间定位等功能。Intel CEO Brian Krzanich也亲自在CES上演示了他们的无人机。这款无人机采用了RealSense技术，能够建起3D地图和感知周围环境，它可以像一只蝙蝠一样飞行，能主动避免障碍物。英特尔的无人机是与一家德国工业无人机厂商Ascending Technologies合作开发，内置了高达6个英特的RealSense3D摄像头，以及采用了四核的英特尔凌动（Atom）处理器的PCI-express定制卡，来处理距离远近与传感器的实时信息，以及如何避免近距离的障碍物。这两家公司在CES展示如此强大功能的无人机，一是看好无人机的市场，二是美国即将推出相关法规，对无人机的飞行将有严格的管控。 多轴无人机的EMS/传感器某无人机方案商总经理认为，目前业内的玩具级飞行器，虽然大部分从三轴升级到了六轴MEMS，但通常采用的都是消费类产品如平板或手机上较常用的价格敏感型型号。在专业航拍以及专为航模发烧友开发的中高端无人机上，则会用到质量更为价格更高的传感器，以保障无人机更为稳定、安全的飞行。这些MEMS传感器主要用来实现飞行器的平稳控制和辅助导航。飞行器之所以能悬停，可以做航拍，是因为MEMS传感器可以检测飞行器在飞行过程中的俯仰角和滚转角变化，在检测到角度变化
美军无人机地面控制系统最新发展 对于无人机系统来说，设计焦点大多都是集中在飞机本身，包括有效载荷。但根据数据统计表明，地面系统所需成本非常高，往往是单架无人机成本的 0.5 ～ 4 倍之间。这说明研制一个能够控制多种类型无人机的通用地面控制系统，不仅可以极大地降低无人机系统的开发、后勤支持和训练费用，也可以较大程度地改进无人机系统作战的灵活性，从而实现无人机系统之间的互操作性。 地面控制站一般由三部分组成，包括：操作员工作站，用于操作无人机发射、回收和控制软件；飞行用传感器载荷；视距和卫星数据链路无线电终端，用于传输飞行指挥命令和接收来自无人机的监视图像。美军的主要无人机系统，如美国空军的 " 捕食者 " 、 " 全球鹰 " 和美国陆军的 " 影子 200" 都是由不同的军种独立开发的，通用性和互操作性能很差，甚至没有。它们的地面控制站尤其如此。因此，空军的 " 捕食者 "/" 捕食者 B" 地面站是无法控制空军的 " 全球鹰" 或海军陆战队的 " 先锋 " 无人机，也无法接收他们的图像。但是，美国海军和陆军已经采取措施着力解决无人机间的互操作问题。而促进无人机互操作性发展的强大驱动因素就是与北约的标准化协议 STANAG4586 相兼容。 1 战术控制系统 战术控制系统（ TCS ），是美国海军的通用无人机地面控制站，由海军的无人空中系统项目办公室（ PMA-263 ）管理、雷声公司情报和信息系统部门从 2000 年开始进行开发的。其研制目标就是提供一个开放式体系结构软件，能够控制多种不同类型的海上 / 岸上计算机硬件，实现任务规划、指挥与控制以及情报数据接收和分发等功能。 TCS 在 2003 年之前是一个联合军种项目，后来由于陆军和空军抵制将 TCS 用于它们的无人机系统，国会将其削减为海军一家的研制项目。 目前， TCS 已经研制成功。 PMA-263 希望将其应用于海军未来所有的无人机系统，包括预计将于 2008 年在美海军的第一艘 " 濒海战斗舰 " 上使用的垂直起降无人机 --" 火力侦察兵 " 在内。 TCS 的运行依靠的是基于 Unix 的计算机。该计算机的操作系统是 Sun 微系统公司开发的 Solaris 8 网络操作系统，尽管雷声公司曾经也开发了一个应用于该计算机的基于 Linux 的操作系统。 TCS 软件的最新版本是于 2006 年 6 月份交付给 " 火力侦察兵 " 的制造商诺思罗普· 格鲁门公司的，软件中增加了一系列的新功能，包括可以容纳多种不同的 " 即插即用 " 传感器载荷、在指挥、控制和信息分发时执行 STANAG 4586 标准等。 为了与 STANAG4586 兼容，雷声公司开发了一个可以操作多种美军和 NATO 无人机的 TCS 核心系统。不同无人机制造商开发的与 STANAG 4586 协同的无人机专用模块，可以与该核心系统接口，提供 TCS 的所有控制能力，实现各无人机系统之间的互操作。（如果未来需要在不同的无人机系统之间完全实现互操作，则各数据链必须互相兼容） 海军的 " 宽域海上监视 " （ BAMS ）无人机计划于 2011 年进入制造，是TCS 的下一个潜在用户。目前，美国海军在演习中使用的是两架从美国空军采购的 " 全球鹰海上演示型 "(GHMD) 高空长航时无人机来帮助 BAMS 无人机开发操作概念和作战战术。由于美国国会削减了美国海军在 2004 年的预算中计划给 " 全球鹰 " 开发 TCS 能力的费用，这两架 GHMD 飞机使用的是美国空军现有的 " 全球鹰 " 地面站硬件和软件，而不是 TCS 。 PMA-263 的负责人，海军上校 Paul Morgan 称，洛克希德· 马丁公司和诺思罗普· 格鲁门公司正在开展 BAMS" 持久无人海上空中监视 " （ PUMAS ）能力研究，包括评估 TCS 对于 BAMS 在该能力方面的适应性。
九天创新地面控制系统简介 深圳市九天创新科技有限责任公司 二零一六年八月
地面控制系统 1)概述 九天自主研发《地面控制系统》，实现人机实时交互连接,可分别操控固定翼无人机、四旋翼无人机和多旋翼无人机等多种机型。 地面控制系统是无人机的飞行控制终端,拥有友好的操作界面，是给无人机发送各种控制指令、规划飞行任务、实时显示各项飞行指标参数的控制系统。 通过对地面控制系统的操作，能够精准控制无人机的飞行，实时对无人机的飞行状态进行监测，以确保无人机安全起飞和降落，最终顺利地完成航拍作业任务和进行数据管理。 地面控制系统界面 在地面站软件的操作界面中主要包含工具栏、地图视图窗口，侧
边栏等。 工具栏主要是对地图缩放、定位、切换地图类型及目标航点。地图视图窗口可浏览飞行区域的航迹规划状况、飞行区域的地理信息等。而侧边栏主要包含飞行数据、航迹规划和飞行记录三项，分别能够对无人机进行实时监控、规划航迹及飞行记录的下载等。 2)工具栏 目标航点切换：飞行过程中切换飞行目标航点。 地图定位：将地图缩放并定位到回家点或者飞机定位点。 地图缩放：地图放大缩小控制指令。 地图类型：地图类型切换，卫星影像与矢量地图。 3)飞行数据监控 飞行数据监控是通过查看地面站软件右侧的重要飞行数据，对无人机飞行状态进行实时监控。其包括飞行状态、飞行参数。
4)飞行参数 飞行参数包括无人机当前飞行姿态参数、气压高度、目标航点等信息. 屏幕上直观显示飞行状态（横滚俯仰），以及机头指向、当前航飞高度（相对起飞高度）、目标航点（无人机要飞向的航点，到达目标航点后飞向下一航点）。 指令发送 航线规划 在地图中找到规划区域进行航线规划。
本技术公开了一种远程无人机控制系统，包括无人机组和远程控制中心，所述无人机组包括若干架无人机，每架所述无人机包括第二无线通讯模块、智能监控器、自动驾驶装置和航拍装置，所述智能监控器通过无线传输线路与遥控器连接，所述的遥控器用于控制无人机，包括遥控器本体和安装在遥控器本体上的无线传输模块，所述远程控制中心包括第一无线通讯模块、任务分配模块、信号处理模块和初始化模块。本技术不仅能够同时控制多架无人机，智能化程度高，而且航拍所得到的图像质量较好。 技术要求 1.一种远程无人机控制系统，其特征在于：包括无人机组和远程控制中心，所述无人机组包括若干架无人机，每架所述无人机包括第二无线通讯模块、智能监控器、自动驾驶装 置和航拍装置； 所述第二无线通讯模块用于向远程控制中心发送实时飞行数据，接收并回复远程控制中 心发送的测试命令，并发送命令至所述自动驾驶装置和所述航拍装置； 所述自动驾驶装置用于接收第二无线通讯模块发送的任务命令并驱动所述无人机执行飞 行任务；
所述智能监控器通过无线传输线路与遥控器连接，所述的遥控器用于控制无人机，包括遥控器本体和安装在遥控器本体上的无线传输模块，其每隔一段时间就会往将所接收到的数据包向外界发送； 所述航拍装置一方面根据所述第二无线通讯模块接收到的航拍指令进行图像采集和处理，另一方面通过所述第二无线通讯模块向所述远程控制中心发送航拍图片信息； 所述远程控制中心包括第一无线通讯模块、任务分配模块、信号处理模块和初始化模块，所述第一无线通讯模块用于向所述第二无线通讯模块发送测试命令和任务命令，接收所述第二无线通讯模块发送实时飞行数据； 所述任务分配模块用于用户输入每一架无人机任务命令并通过第一无线通讯模块发送至对应的无人机； 所述信号处理模块用于对所述第一无线通讯模块接收的实时飞行数据进行处理得到无人机执行命令并将执行命令和任务命令比对； 所述初始化模块用于对第一无线通讯模块、任务分配模块和信号处理模块进行初始化； 所述航拍装置包括图像采集模块、图像编码模块、图像压缩模块、图像存储模块和微控制模块，所述图像采集模块采集视频信号，所述视频信号为一系列模拟图像的集合，所述图像编码模块对所述模拟图像进行编码转化为数字图像，所述图像压缩模块对所述数字图像进行编码压缩后形成压缩图像传送给所述图像存储模块进行存储，所述微控制模块控制所述图像采集模块采集所述视频信号，协调控制所述图像编码模块进行图像编码，所述图像压缩模块进行图像压缩，所述图像存储模块对所述压缩图像进行存储； 所述微控制模块与所述无线通信装置电连接，接收所述拍摄指令，从所述图像存储模块中提取存储的所述压缩图像并通过所述第二无线通讯模块发送给所述第一无线通讯模块。 2.根据权利要求1所述的一种远程无人机控制系统，其特征在于：所述智能监控器包括相对独立的控制器和信号切换器，二者之间通过RS485通讯端口进行通讯，所述控制器可控制8台带有摄像机的云台，所述信号切换器装有红外遥控接收器件，所述遥控器通过有线或无线方式和远程控制中心连接。
航空航天及无人机智能处理系统 通过领先的匹配技术达到高精确度。通过交叉的多重连接点的连接,以及相片间的条带间的连接，加之有效的质量保证方法，来达到高可靠性。所有处理步骤都是全自动的。并且能够支持航天、航空和无人机等各种类型数据。 一、主要包括以下模块 1、ApplicationsMaster主框架模块 1）、系统核心，提供用户界面和启动其他系统模块。 2）、可以把传感器参数、影像参数、DTMs、正射影像参数、大地基准面参数，以及投影参数等储存在一个通用文件中。 3）、支持将工程文件容易的输入、输出到其他系统中以备将来使用。 4）、支持把完整的项目，包括定向数据和正射像片变换到大量的大地基准面和地图投影中。支持2000多种已定义的坐标系统。用户还可定义自己的坐标系统。 5）、支持多种航空影像和卫星影像。可从Applanix POS/AV/POSEO，IGI AEROControl等系统中输入GPS相机位置和惯导数据。 6）、包含影像处理工具、影像定位工具、DTM 工具包。 2、MATCH-AT 1）、世界领先的全自动空三软件，准确、可靠、生产效率高。通过领先的匹配技术达到高精确度。通过交叉的多重连接点的连接,以及相片间的条带间的连接，加之有效的质量保证方法，来达到高可靠性。所有处理步骤都是全自动的。 2）、对点的选择, 点的变换和点的量测采用单一的，全自动的处理方式, 综合的自动化的整体测区平差，使用户的参预降到最小。 3）、对测区的大小、形状或重叠没有限制。图象中的连接点是全自动选取的。在每个图象金字塔层上，通过运行自动的整体测区平差程序来达到对连接点的强有力的内部质量控制。可灵活地对不同的观测结果赋予不同的权重。 4）、支持各种胶片和数字框幅式传感器。在一个测区内支持多种相机。支持相机自定标。 5）、全自动内定向。先进的亚区处理工具。可对GPS 数据进行平移和漂移处理、IMU 数据处理。强有力的测区图解分析工具。 6）、支持多种输入/输出格式：DAT/EM Summit Evolution, BAE Socet set, Z/I project, AviosoftOri, ABC-PC, AP32, Phorex/Pex, PATB, Bluh, Bingo 7）、既可以处理RC30等传统胶片式相机,可以处理DMC\UCD\UCX等数字框幅式相机数据，也可以处理无人机等非量测相机（佳能、尼康、柯达等）。 3、MATCH-T 1）、自动化的数字地面模型(DTM/DSM) 生产模块。高效率地全自动地生产高精度的、可靠的数字地面模型。 2）、可生产针对整个测区，或任一个亚区，或任意一个多边形区域内的无缝的DTM。 3）、可从航空图象(框幅式相机和线型传感器)，和各种卫星影像(Ikonos, Quickbird, Spot, Landsat, IRS C/D, Aster)中生产DTM。 4）、用户可以自定义要生产无缝的DTM 的区域。它可以是任何一个亚区，
1.概论： 无人机，即无人驾驶的飞机。是指在飞机上没有驾驶员，只是由程序控制自动飞行或者由人在地面或母机上进行遥控的飞机。它装有自动驾驶仪、程序控制系统、遥控与遥测系统、自动导航系统、自动着陆系统等，通过这些系统可以实现远距离飞行并得以控制。无人机与有人驾驶的飞机相比而言，重量轻、体积小、造价低、隐蔽性好，特别宜于执行危险性大的任务，因此被广泛应用。 二、无人机的特点及技术要求 无人机没有飞行员，其飞行任务的完成是由无人飞行器、地面控制站和发射器组成的无人机系统在地面指挥小组的控制一下实现的。据此，无人机具有以下特点: （1）结构简单。没有常规驾驶舱，无人机结构尺寸比有人驾驶飞机小得多。有一种无尾无人机在结构上比常规飞机缩小40%以上。重量减轻，体积变小，有利于提高飞行性能和降低研制难度。 （2）安全性强。无人机在操纵人员培训和执行任务时对人员具有高度的安全性，保护有生力量和稀缺的人力资源。可以用来执行危险性大的任务。 （3）性能提高。无人机在设计时不用考虑飞行员的因素。许多受到人生理和心理所限的技术都可在无人机上使用，从而突破了有人在机的危险，保证了飞行的安全性。 （4）一机多用，稍作改进后发展为轻型近距离对地攻击机。
（5）采用成熟的发动机和主要机载设备，以减少研制风险与经费投入，加快研制进度。联合研制以减小投资风险、解决经费不足有利于扩大出口及扬长技术与设备优势。 （6）研制综合训练系统。技术要求有: （1）信息技术包括信息的收集和融合，信息的评估和表达，防御性的信息战、自动目标确定和识别等； （2）设备组成包括低成本结构、小型化及模块化电子设备、低可见性天线、小型精确武器、可储存的高性能发动机及电动作动器等； （3）性能实现包括先进的低可见性和维护性技术、任务管理和规划、组合模拟和训练环境等。 三、无人机系统按照功能划分，主要包括四部分: （1）飞行器系统 包括空中和地面两大部分。空中部分包括：无人机、机载电子设备和辅助设备等，主要完成飞行任务。地面部分包括：飞行器定位系统、飞行器控制系统、导航系统以及发射回收系统，主要完成对飞行器的遥控、遥测和导航任务，空中与地面系统通过数据链路建立起紧密联系。 （2）数据链系统 包括：遥控、遥测、跟踪测量设备、信息传输设备、数据中继设备等用以指挥操纵飞机飞行，并将飞机的状态参数及侦察信息数据传到控制站。 （3）任务设备系统 包括：为完成各种任务而需要在飞机上装载的任务设备。
八旋翼无人机系统 Document number【980KGB-6898YT-769T8CB-246UT-18GG08】
八旋翼无人机系统技术文件 一、产品名称：X-8八旋翼无人机系统 X-8是全新研制的八旋翼无人机系统，具有载重量大、续航时间长、体积小、重量轻、目标特性小，使用快捷、机动灵活、操作使用及维修简便等特点，自成体系独立执行电力巡检任务。 简介： X-8 八旋翼是专业无人机技术研发团队经过多年研究、测试，最新推出的一款全球同类产品载重量最大、可垂直起降、拥有多项专利的无人飞行系统。 1）X-8选用自主驾驶设备，大大提高飞控稳定性。 2）可携带多种任务载荷。 3）可用于执行资料收集、测量、检测、侦查等多种空中任务，在电力巡检领域能发挥其高效、隐蔽性强的特点，能对目标物进行远距离监视。 产品特点： （1）飞行器具有遥控、自主飞行能力，可以实时修改飞行航路和任务设置；（2）测控与信息传输设备具有遥控、实时信息传输的功能，具有多机、多站兼容工作及一定的抗截获、抗干扰能力； （3）侦察任务设备能昼夜实时获取目标图像信息，具有手动、自动控制工作模式，可迅速发现、捕获、识别、跟踪目标； （4）飞行控制与信息处理站具有对飞行器进行遥控飞行和对机载任务设备进行操控的功能，具有飞行参数/航迹显示、航路规划和实时修改飞行计划、重新设置任务样式的能力；具有通过视频实现第一视角控制飞行的能力；具有接收标准视频信号、实时处理/存储图像、数据叠加等能力，具有目标定位和引导打击的能力，且能与上级指挥机关、情报处理中心和指挥系统相通连； （5）地面保障设备具有简易检测、维修与训练的能力，具有快速更换易 损件、备用动力电池组和双模态充电的功能； （6）全系统外场展开迅速，具有车载大范围机动和携行能力。 机体结构技术参数：
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