不用惊讶无人机舞蹈!盘点无人机编队飞行的技术or伎俩

2016-05-03 08:03:00 环球网 赵汗青 分享
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  【环球网无人机频道 记者 赵汗青】在央视的《中国梦·劳动美》五一晚会中零度的无人机大秀了一把“集体舞”。胜利日大阅兵时,解放军的无人机编队是用卡车拉过天安门广场的。那时有许多科普文章介绍无人机编队飞行的难度。然而现在各家无人机企业的无人机编队舞蹈表演突然间越来越多。那么现在的这些无人机编队舞蹈表演又是怎么实现的呢?

  导读:

  猎奇族从一开始看;

  军事迷从二开始阅;

  应用派从三开始览;

  技术宅从四开始读。

  一、手动模式

  在今年的央视春节联欢晚会中,广州分会场就进行过无人机的编队表演。

  

  然而据媒体报道:会场在高楼林立的区域中,GPS信号很不好(遮蔽、多路径效应)。所以导演就选择了“手飞”:从全国各地邀请了许多顶尖飞手,用遥控器控制其飞行。实质就是航模表演,这样做的技术难度和风险都最低、但是对飞手的要求奇高。

  二、“组团打怪”的最终幻想

    

  业内人士表示:对于大型无人机而言,编队飞行确实是很困难的事情。因为这需要非常高的定位精度、非常高的控制精度;协同作战还需要双机间的位置共享(交互)。“翼龙”的编队飞行显然是秀了定位精度、秀了飞控造诣、还秀了实时通讯技术。

    

  中国的军用无人机虽然达到了很高的水平,但是与美国比还是要承认差距,美国的X-47无人机曾进行过全自主空中加油实验。据媒体报道其解决的办法是:高精度高动态的GPS、高精度惯性导航系统、双机数据实时共享、同时还有红外设备的参与。

  另外需要说明的一点是:据GPS定位方面的专家介绍美国GPS“军码”的定位精度远比“民码”要高得多,即使不差分精度也很高;虽然“北斗”的单星性能更好,但组网仍未完全完成。

  看来“组团打怪”这个最终幻想,需要的是一个庞大的科技体系为支撑。

  三、民用的差分方案

  至于“低、小、慢”的民用无人机”组团“搜索或是表演,专家则表示并不需要位置交互。精确的定位、精确的控制就可以实现。

    

  提高控制精度需要用更高性能的飞控系统、但如何提高无人机对自己位置的感知精度则是依靠更“豪华”的GPS设备。

    

  首先GPS天线最好使用更专业的航空型天线,

    

  然后需要用到差分技术:因为GPS信号从遥远的外太空传回地面,历经了艰难险阻,所以GPS“民码“定位的结果都有数米远的误差。

  工程师们为了提高精度就在已知的位置点上架设一个“基准站”,比较一下实际与GPS的区别就可以为附近的GPS设备的偏差进行纠正。(当然实际内容很复杂,比较的办法很多,有位置差分、伪距差分、载波相位差分。越追本溯源越准、也越贵)

  环球无人机频道采访加拿大micropilot飞控的的国内代理河北铭宇电子科技时,其技术人员表示:MP飞控对此的方案是“一站多机”,用一台地面站统一为若干架无人机设置各自航线;用一个GPS差分基准站为所有飞机发送差分信息。这样以同一个基准站为参考互相距离恒定、每架无人机飞各自的航线,互相不会干涉。

  四、巧妙的室内编队

  至于这些跳舞的“小四轴”,业内人士表示:首先室内没有GPS信号;另外一套专业的飞控设备和差分GPS设备是很大、很重的。若干跳舞的“小四轴”绝不会装上那么复杂且昂贵的设备。而且小四旋翼的控制难度低,编队飞行的核心是定位,但在室内定位其实没有那么复杂。

  ①伪卫星

  专家表示还可以通过“伪卫星”技术来实现定位:在室内布置几个模拟GPS卫星的定位辅助装置,无人机上的GPS设备可以靠接收它们的信号来定位。因为距离很近、不用穿过复杂的客观环境,所以定位精度不用差分也很高。

  ②红外摄像机组

    

  宾夕法尼亚大学工作室的“偷鸡肉卷”无人机则是使用的三台红外摄像机实时动态监控。

  ③视觉定位

    

  Parrot的 CMO Nicolas Halftermeyer 表示跳舞的Parrot是利用的图像定位技术、跳舞的这些小无人机就是量产产品。

  业内人士表示视觉定位大多是合采用光流、IMU(惯性测量)和声波三个单元综合对室内无人机进行定位。其中光流是利用通过检测图像中光点和暗点的移动,来判断图像中像素点相对于飞行器的移动速度。这种技术在开源飞控、遥控直升机的平衡仪上曾使用过。其限制在于不能飞太高、也不能识别单色的地面。所以parrot的舞台是如此的色彩斑斓。

  

  至于多架无人机的联动,专家也表示非常简单:都是通过后台的笔记本电脑控制的。每架无人机并不能探测临机的位置,它们只是把自己的位置传给后台的电脑、由电脑控制每架无人机。

  

  这样可以进行很酷炫的演示,但是技术难度并不大。

  国外视频的解释也是:无人机并不能探测临机,而是通过位置交互保持的距离。

  

  话题回归舞台上的零度smart,其文案上写:精准室内定位系统集成高性能声呐和光流传感器,在SMART精密算法的支持下,在无GPS 信号的室内也能实现精准定位和悬停。

  嗯,秀的不是舞蹈、秀的是室内定位技术。

    

  不过话说回来,敢在众目睽睽之下、在声光电磁环境都比较复杂的晚会舞台上表演自动编队,胆量和可靠性还是值得肯定的。

责编:邓福林(实习)
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