快運定位無人機研究

金振洲 姚廣霆 吉睿陽 李俍畬

摘 要：在社會日益發展的今天，及時的、快速的精確短途運輸需求越來越大，如重要文件、急需藥品，在城際之間、在城市內部的短途運輸，快運定位無人機可以自動定位，快速準確的送達，滿足人們的需求。

關鍵詞：短途運輸；無人機；自動定位

中圖分類號：F259.2 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）34-0059-02

Abstract： Today， with the development of society， the demand for timely， rapid and accurate short-haul transportation is increasing. For example， important documents， urgently needed medicines， and short-haul transportation between cities and within cities can be located automatically by unmanned aerial vehicles （UAVs）， thus meeting the needs of people with fast and accurate delivery.

Keywords： short distance transportation； UAV； automatic positioning

引言

在社會日益發展的今天，及時的、快速的精確短途運輸需求越來越大，如重要文件、急需藥品，在城際之間、在城市內部的短途運輸，快運定位無人機可以自動定位，快速準確的送達，滿足人們的需求。譬如，某公司需要將一批珍貴文件檔案或是核心零件快速發放給下屬分公司，這就要求運輸快速、準確、可靠。又或是珍貴藥品急需運往災區，乃至對于固定地域的精確制導巡邏，都可以運用本產品。當今社會，很多需要緊急運輸的珍貴且價值巨大的物品，都可以用定位無人機進行運輸，提高社會運行效率，這一應用前景廣大。

1 快運定位無人機

快運定位無人機的優點是效率高，使用無人機作為載體，可以避免堵車等一系列問題，且裝上了GPS定位模塊，定位準確。自己可以全程檢測，技術上已經實現全部智能化，為了增加可靠性，也可以必要時人工手動操作。

快運定位無人機的核心是GPS定位器，其中內置了“GPS模塊”和“移動通信模塊的終端”。通過將GPS模塊獲得的定位數據通過移動通信模塊（GSM/GPRS網絡）傳到網站的一臺服務器，從而可以實現在電腦看查詢終端的地理位置。那么其原理是怎么工作的呢？GPS信號接收機對按一定衛星高度截止角所選擇的待測衛星的信號進行捕捉，跟蹤它們的運行狀況，并進行放大、變換與處理，以便可以測量出GPS信號從衛星到接收機天線的傳播時間，解譯導航電文，實時地計算出測站所在的三維位置，甚至三維速度和時間。在靜態定位中，PS接收機在捕獲和跟蹤GPS衛星的過程中固定不變，接收機則對GPS信號的傳播時間進行高精度測量，利用GPS衛星在軌道上的已知位置，解算出接收機的三維坐標。動態定位則是用GPS接收機測定一個物體運動過程中的相關信息再由軟件系統根據這些信息進行處理，計算運行軌跡。

2 快運定位無人機工作原理探討

由流體力學的基本原理可知，流動慢的大氣壓強較大，而流動快的大氣壓強較小。所以機翼的設計都是不對稱的，上表面比較凸出，而下表面比較平，使得大氣施加于機翼下表面的壓力比施加于機翼上表面的壓力大，從而產生升力。

本產品所選的是旋翼式的升空方式，因為這樣更加的穩定，也更方便垂直方向的起降，旋翼機的旋翼不與動力系統相連，由飛行過程中的前方氣流吹動旋翼旋轉產生升力（像大風車一樣），即旋翼為自轉式，這樣由空氣傳遞到機身上的扭矩很小，無需專門抵消，減少了動力方面的消耗。這樣的設計降低技術難度，增加了可靠性與性價比。

本產品的創新點則主要在于其結構形式，四個不論結構還是半徑都相同的旋翼對稱分布在機體的四個方向，并處于同一高度平面，四個電機也對稱的安裝在飛行器的支架端，支架中間則用來安放飛行控制計算機和外部設備。降低發動機與旋翼葉片相互之間的依賴性，增加可靠性。

四旋翼飛行器雖然只有四個輸入力，但卻是一種六自由度的垂直升降機，即擁有六個狀態輸出（如圖1所示）。

3 快運定位無人機設計原則

對于動力系統的設計，我遵循簡單實用的原則，為的是能夠實現規模化生產，數字化應用。我采用無刷電機來提供核心動力。一頭固定在機架力臂的電機座，一頭固定螺旋槳，通過旋轉產生向下的推力。不同大小、負載的機架，需要配合不同規格、功率的電機，所以電機的選擇標準是效率，而非大小。

我們的產品最大的創新在于全新的GPS定位模塊，它是一款功能強大的芯片模塊，原理圖如圖2所示。

以前定位器都是復雜的一整套系統，復雜，重量大，價格比較昂貴，我們的計劃是能把GPS集成到一小塊芯片上，僅僅作為一個信號接收和發出的作用，具體的定位工作由衛星去完成，能夠改變以往無人機自己攜帶定位器自重過大，續航能力差的弊端，而具體的軌跡計算完全由終端中心計算機軟件完成。當然，這對于芯片的集成度提出了很高的要求，但我認為這是未來的發展方向，集成化，小型化，物物相連，最大程度的降低成本。

4 結束語

就可行性而言，這套產品的可行性是完全可行的。我們的芯片對于定位檢測，和衛星相連后發回的實時數據顯示，精準度還是相當高的，誤差均在1米以內，至于最優軌跡的計算，目前軟件還是有些問題，但之后一定會得到解決。

這套產品設計的初衷，我的考慮就是規模化，數字化，所有的零件不應該只是很獨特的，而應該能實現規模化、智能化生產。所有的環節設計，我們都是根據這一要求，用電力與效率，創造美好未來，真正的用數字化譜寫未來，讓生活更美好。

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