“無人”的翱翔 無人機解密

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圓通測試無人機送貨

認識無人機

無人機并非現在才有，早在戰爭中就曾有大量無人機出色的出現，電影中也不乏它的身影，只不過隨著科技的發展，現在無人機在民用領域里也開始嶄露頭角。現在無論是婚禮拍攝、高空攝影都經常可以看到無人機的身影（圖2）。

大疆Phantom2Vision+無人機

形狀各異的無人機

什么是無人機？無人機是一種由無線遙控設備或自身程序控制裝置操縱的無人駕駛飛行器。對于民用無人機來說，它和我們常見的航模非常類似（不過功能更豐富），也是一款通過地面控制系統無線遙控的飛行器，因此它的形狀可能和實際飛機不同，它的最大特色就是“無人駕駛”（圖3）。

走進無人機的大腦——認識飛控系統

如上所述，無人機的特色主要就在于無人駕駛。不過無人駕駛并不意味著無人操控，無人機的核心其實就是其中的飛控系統，正是后臺飛控系統的存在，才可以讓無人機實現精準飛行和數據無線傳輸等常見功能。無人機的飛控系統實際上就是一臺微型電腦，由于無人機的體型都較小，因此大多使用的是嵌入式的操作系統。其中的處理核心（微型處理器）則是嵌入式芯片，如目前采用率較高的是德州儀器的TMS320 LF2407芯片，它的外形就和我們常見的CPU相似（圖4）。

無人機目前廣泛使用的TMS320 LF2407芯片

因為是嵌入式系統，因此無人機的飛控系統和我們常用的手機系統很類似，是由一塊高集成的SOC基板組成，集成了Micro SD（用于SD卡存儲）、USB接口（用于本地數據傳輸）、GPS導航（用于空中導航）、紅外攝像機、無線攝像頭（用于航拍）、2.4GHz無線模塊（用于空中和地面數據傳輸）、陀螺儀（用于定位）等常用的組件（圖5）。

地空對話——無人機的操控

由于無人機是在空中飛行，我們需要在地面對其操控。在無人機民用方面，我們接觸到最多的則是其中的導航和圖傳系統。比如在汪峰的求婚現場，要讓無人機托著戒指飛到指定位置，操作者就要使用無人機導航系統設計好路線。無人機一般使用慣性導航（通過內嵌系統集成的加速度計和水平陀螺、垂直陀螺來實現）和GPS導航實現。它的功能其實和我們日常使用的汽車導航非常類似（只不過無人機是在空中飛行），我們只要在飛控系統中先定位好目標坐標位置，然后設計好飛行路線，這樣無人機就能按照指定的路線飛行到目標的身邊了。

無人機另外一個重要作用是航拍，在飛行指定區域后，無人機上的攝像系統就會開始工作。因為無人機是在空中飛行，因此拍攝的數據還要傳輸到地面接收端。這里空地數據傳輸大多使用的是2.4GHz無線傳輸方式。2.4GHz無線連接并不是什么新技術，我們平時使用的很多無線鼠標就是使用這種技術實現。只要發射端和接收端都有2.4Gz無線模塊，它們之間就可以實現數據的無線傳輸。

在圖傳系統中，無人機上配備一個機載的圖傳信號發射器，當無人機在空中開始拍攝的時候，它采集到的視頻（圖像）等信號就會傳輸到機載的圖傳信號發送器，發送器通過發射2.4GHz無線信號的方式傳輸數據。這樣當地面的圖傳信號接收系統收到2.4GHz無線信號后，它會自動以無線連接的方式和機載的圖傳信號發射器連接，讀取其中的視頻信息。接著地面的圖傳信號接收系統再通過HDMI、USB和筆記本、顯示器等連接，這樣我們在電腦上就可以實時收到無人機拍攝的視頻了（圖6）。

圖傳系統如果僅僅是實時監控無人機拍攝的畫面當然是不夠的，在實際操作中我們還經常要根據實際情況對拍攝系統進行調整。現在很多無人機地面操控系統還可以實現對無人機的拍攝角度、焦距、光圈等進行調整，這個遙控操作同樣主要借助2.4GHz無線模塊實現。當地面系統通過2.4GHz無線信號和機載控制單元連接后，地面的遙控器就能向無人機上的云臺發送操作信號，從而實現各種拍攝狀態的調整。

科技離我們并不遙遠——無人機與我們的生活

無人機由于可以實現在高空無人飛行，并且可以通過地面人員的操作實現精準的飛行和降落，因此在日常生活中，無人機可以給我們帶來很多的便利。對于有一定經濟實力且喜歡攝影的朋友，他們可以通過購買無人機實現之前無法實現的航拍。只要在無人機上配備好攝像機（或照相機），然后將無人機飛到需要拍攝的空域，這樣在地面就可以輕松獲得無人機航拍的照片（圖7）。

當然，也許你沒有實力買架無人機，但是隨著無人機的普及，每個人都可以享受到無人機帶給我們的便利。像對于喜愛網購的用戶，現在國內的圓通、順風快遞已經在試驗使用無人機送貨。在不遠的將來，只要你在網站下單，不一會兒快遞的無人機就會將你訂購的貨物送到你面前，這樣高效的購物體驗是不是覺得很爽（圖8）？

總之，隨著科技的發展，無人機一定會越來越貼近普通人的生活。你可能不會擁有一臺無人機，但是你一定會享受到無人機帶來的服務。不過對于喜歡航拍的朋友（當然包括使用無人機派送的物流公司）要注意，現階段我國對航空管制要求非常嚴格，在使用無人機時，一是要注意航空管制的空域（前段時間某測繪公司在北京未經審批的航拍活動就干擾了正常的民航與空軍航線，造成大量社會資源的浪費），二是民用無人機活動中使用無線電頻率、無線電設備應當遵守國家無線電管理法規和規定，且不得對航空無線電頻率造成有害干擾。