新型無人機設計與運用

陳啟佳

（廣州市高級技工學校，廣東 廣州 510000）

0 引言

在有序控制的影響下，無人機具有相對優良的機動性、隱蔽性和控制性等特點。它適合于在敵對關系中進行偵察活動，增強戰斗技術指導并補充空中偵察的完整性，可以為相關行業提供有價值的信息。小型四旋翼無人機的設計輕巧簡單，使其被廣泛應用于各個領域，為相關產業和技術的發展提供了技術支持，并充分展現了無人機控制技術的優勢和運用價值，對未來社會中增加生產的經濟效益非常重要。

1 新型無人機設計

1.1 四旋翼無人機結構

（1）無人機地面控制站程序用于實時查看無人機位置。在獲得無人機飛行的實時信息后，對其進行有效處理，并對無人機控制信號進行處理。在控制器中完成收到后，將同時發送控制信號[1]。

（2）四旋翼無人機進入指揮引導系統，兩種系統均安裝在無人機結構中，其應用能力是使用各種傳感器（例如陀螺儀）完成對無人機飛行數據的測量。當傳感器收集無人機飛行數據時，可以實時完成分析，并將信息返回到地面控制站以獲得有關無人機飛行器的各種信息，然后控制站完成了信號計算。機上信息包括位置、飛行速度、飛行角度等信息。該通訊系統與根據航空交通管制計劃運作的地面管制站相連。地面控制站接收的控制信號分析，并通過算法分析然后將其集成到發動機控制中，從而將其集成到發動機控制信號中。控制包括轉子旋轉方向和旋轉角度以及旋轉速度[2]。

1.2 新型無人機設計的結構特點

（1）出色的機動性，高度的飛行適應性以及能夠在各種條件下完成任務。與固定翼無人機不同的是，四旋翼無人機不需要制造跑道，可以垂直飛行和停飛，這增加了飛行靈活性，降低了飛行速度[3]。

（2）機械結構非常精確，操作簡單易學。與直升機設計相比，新型無人機的機械化設計更加緊湊。同時，螺旋槳數量為4個，它們產生推力，可以給無人機額外的控制尺寸。與單螺桿推力相比，它可以通過簡單的控制程序提供多個無人機座椅。

（3）飛行噪聲小，隱蔽性好。無人機的四個螺旋槳可以消散飛行時的風力，并且每個發動機的工作功率都是可調的，以減少噪音。小型推進器可以科學地幫助避免被熱雷達探測到，從而改善了四旋翼無人機的偽裝，從而有效地獲得了目標偵查領域的數據信息，適應娛樂休閑、高空攝影、地理測繪、信息偵查等應用場景[4]。

2 新型無人機控制過程

2.1 控制原理

無人飛行器是自動飛行的設備，不需要搭載操縱者，其控制機制相對簡單，框架分析程序是基于自動控制原理的。在這一階段，自動控制技術的形成依賴于反饋概念，以提高控制技術的穩定性，保證無人機的穩定運行。反饋理論由數據測量、數據比較和指令執行三個要素組成。在測量過程中，可以獲得假定變量的具體數據，并與目標值進行比較，而控制器可以利用實時偏差控制預期對象，提高了系統響應精度，降低了系統響應偏差優化控件。地面控制站運行期間，執行的指令通過地面控制站和控制系統傳輸到無人系統。執行指令期間，位置、飛行速度和飛行狀態等信息將被探測系統接收，然后傳送到地面控制站。地面控制站的工作原理與無人駕駛控制系統中的控制相同。無人機控制系統中的伺服機構類似于無人機的推進器。

2.2 PID控制器

無人機有很多控制選項，而研制人員將根據控制難度，嘗試將其添加到無人機控制系統中。但是，隨著控制器的組成越來越復雜，相應的改進取決于模型設計的可靠性，與PID控制器相比并不理想。因此，在大多數無人機控制系統中，現階段采用PID控制器作為主要控制算法?？刂破鞯腜ID字母表如下：P代表英文縮寫“proportional”，I代表英文縮寫“integral”，D代表英文縮寫“derivative”。這種控制器結構比較簡單，用途廣泛。作為PID控制的一部分，按P代表比例控制，I代表積分控制，以消除靜態誤差，D代表微分控制，可提高無人機的動態響應能力。由于PID控制器具有簡單、適應性強的特點，在無人機操作領域得到了廣泛的應用和發展。

2.3 多址通信控制

無人機在飛行過程中，很容易引起通信干擾問題。因此，提出了一種多訪問通知管理技術。這項技術的基本概念是：根據該組中無人機的真實飛行性能分為若干部分。對于多個地址，請使用這些地址以完成有效信號接收，加強信號分離，然后進行信號凈化和擴展，有效的信號識別和縮短飛行時間。UAV在組中造成的通信干擾。例如，在地質勘探期間，總共發送了四架無人機進行聯合飛行。在飛行過程中，按一下按鈕以每秒完成讀取和收集信息，并在2個通道中添加不同的傳輸地址。在1信道上，波頻設置為16kbit/s，信號2設置為1kbit/s以上。這種通信控制方式可有效完成4架無人機的信號采集，信號頻率為1100Hz、1200Hz，分別為1300hz和1600hz。根據無人機的信號頻率，它們由信號處理器處理，分離器可分離信號，放大器可完成信號清理。處理完成后，將檢查信息以嘗試獲得最佳的通信結果。

3 控制模擬分析

3.1 模擬設計

在通訊管理的基礎上，研發人員進行模擬以測試通訊管理的能力。作為航空攝影的對象，選擇了四架無人飛行器，它的傳輸持續10秒。通過傳感器獲得了無人機的通信頻率：1100Hz，1200Hz，1300Hz和1600Hz。設置兩個數據通道，波特率分別為16Kbps和17Kbps。無人機的操作的要素包括爬升，變速和著陸。在實驗的早期階段，使用K最近鄰算法和隨機方法完成了機器學習過程，共有4822個樣本和158165秒的學習時間。

3.2 模擬結果

將實驗時間影響結果分析的可靠性因素考慮在內模擬實驗共進行了15分鐘，進行了90次信號傳輸和實時特征觀測。實驗完成后，傳感器記錄通信響應周期。實驗結果如下：①實驗時間15分鐘；②無人機通信信號識別效率達98.35%；③飛行穩定性100%，碰撞概率0左右；④通信響應時間0.22秒。

根據實驗結果，在15分鐘的通信控制試驗期間，多組無人機一起飛行?？刂菩屎?，信號識別率98.35%，飛行穩定性100%，幾乎無碰撞可能性。在爬升、變速和著陸過程中，平均通信應答時間為0.22秒，可滿足大部分無人機操作，說明了通信控制技術的可行性。

3.3 模擬分析

通過實驗結果可以發現，多組無人機同時飛行會產生一些干擾通信的問題。因此，傳感器、通信技術和PID控制器是控制無人機的有效手段。此外，在后續無人機控制研究中，應更多關注大氣、多雨、電磁和其他環境因素，以及學習如何控制關于干擾的影響，以確保更穩定的無人機性能。

4 無人機的應用問題

4.1 隱私問題

目前，我國有關無人機的法律法規尚未最終確定，僅在某些地區通過了相關法律，雖然用戶能夠使用無人機輕松地從公眾那里收集個人信息，包括地理位置，生物特征等以及通信內容等，但它的應用可能危及隱私，增加泄露個人信息的風險。

4.2 噪音

無人機的飛行模式是由葉片螺旋旋轉引起的推力向下上升。飛行過程中會產生一定的噪聲，主要是機械噪聲和空氣動力噪聲。機械噪聲主要是由機體發動機轉動引起的摩擦和振動引起的?？諝鈩恿υ肼暿怯扇~片在旋轉過程中相對于空氣的摩擦和振動引起的。這些噪音可能導致無人機在拍攝時無法有效地記錄原始聲音，其物體也容易受到噪音的影響。

4.3 安全問題

首先，一些用戶在禁飛區測試無人機，工作可能干擾飛行器飛行并對社會造成潛在危險；其次，當無人機發出信號時，它對來自磁場的干擾非常敏感，這會導致身體失去控制，發生事故；最后，無人機葉片的快速旋轉對人類及其周圍生物體的安全構成了極大威脅，每年都會發生許多事故。

4.4 業務問題

由于無人機的某些操作需要逆向控制，所以技術上不合格的新手，遇到危險并引發事故，容易上浮。當遠程控制信號斷開時，用戶在操作過程中無法立即回電無人機。此外，無人機的飛行受天氣條件影響，在強風影響下失去控制，偏離航向。

5 無人機的多領域應用

5.1 農業方面

無人機的高功率和高載荷可以滿足農業生產的一些需求。經過計算機編程，無人機可以實現有計劃的播種，不僅提供了播種密度，而且提供了最終的結果。使用無人機澆灌和噴灑作物可以提高效率，節省人力資源。

5.2 救濟方面

自然災害發生后，無人機可立即對情況進行實時定位，有效防止救援人員在救援過程中出現險情，提高救援速度，保護自身安全。新冠疫情期間，學校、醫院等公共場所在疫情防控重點領域使用無人機，提高了區域消毒效率，保障了人員的健康安全。

5.3 物資運輸方面

近年來，許多物流公司快遞和配送公司嘗試使用無人機代替傳統的人工配送，取得了地區性成果。例如，京東在海南和貴州交通不便的地區為用戶提供無人值守的商品遞送服務。與原有人工投送的不足相比，無論地形如何，都能做到直達、高效、快速投送。

5.4 交通方面

無人機在空中捕獲的圖像可以在地面坐標中準確地重建，也可以用來監視活動。以前只能在直升機上使用的鳥瞰觀察效果，現在可以使用無人機來實現[5]。有效的全球監控功能可以減少交通事故和交通擁堵。例如，當交警使用無人機執行法律時，他們可以不受限制地自由執行任務，從而提高了效率。

6 結語

綜上所述，四旋翼無人機利用其相對簡單穩定的設計，經典部件以及方便的操作和維護，使其制造、操作和維護更加經濟。同時，在實踐中，無人機更加靈活，具有很強的覆蓋能力，在其他領域得到了廣泛的應用和逐步使用。例如，配送服務京東（JD.com）集成了無人機控制程序，并出現在網絡市場經濟中。同時，無人飛行器也已有效地用于火災監測，森林保護，監測地質困難地區，制定失蹤人員救援計劃以及有效獲取遙感圖像數據等領域。因此，加強對無人機的控制并改善其應用性能尤為重要。