無人機(jī)航拍創(chuàng)新實(shí)踐報(bào)告

1、題目:學(xué)院:專業(yè)名稱：班級學(xué)號：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：創(chuàng)新實(shí)踐報(bào)告經(jīng)濟(jì)型航拍無人機(jī)系統(tǒng)（航拍系統(tǒng)）測試與光電工程學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)10083134程尹欣張巍巍2013年5月經(jīng)濟(jì)型航拍無人機(jī)系統(tǒng)（航拍系統(tǒng)）摘要：本系統(tǒng)是一種穩(wěn)定、快速的經(jīng)濟(jì)型航拍無人機(jī)系統(tǒng)，系統(tǒng)總體包括：機(jī)體、攝像機(jī)、OSD真塊、GPS真塊、數(shù)據(jù)發(fā)射和接收模塊、電源模塊、動力模塊、遙控設(shè)備和顯示系統(tǒng)。本系統(tǒng)的特征是：選用了市場上廉價的KT板做機(jī)身材料，采用合式組合結(jié)構(gòu)和固定上單翼設(shè)計(jì)；優(yōu)化數(shù)據(jù)發(fā)射和接收模塊、GPS奠塊和遙控接收機(jī)的組合，將高度集成的微型攝像機(jī)、數(shù)據(jù)傳輸和GPS真塊安裝在機(jī)身，顯示系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)接收機(jī)將航拍信息顯示在

2、顯示屏，操作人員可在地面通過監(jiān)視屏幕掌握飛機(jī)的飛行狀態(tài)和獲取航拍信息，系統(tǒng)采用手拋式起飛。本系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：機(jī)身制作簡單，維修方便，價格低廉，既輕盈又堅(jiān)固，飛行速度快，并具有一定的載重能力，信號抗干擾性強(qiáng)，操作簡單，實(shí)用方便。關(guān)鍵詞：航空模型視頻采集與傳輸、/'、刖隨著今年國家的各項(xiàng)政策決議，無人機(jī)航拍、遙感市場將在未來幾年迎來跨越式發(fā)展的新契機(jī)。低端航拍無人機(jī)的應(yīng)用，遠(yuǎn)不止航空拍攝、航空攝影、航拍這么一點(diǎn)。隨著用戶的快速增長，目前航拍的功能要求也逐漸增多，主要有對森林防火、地震調(diào)查、核輻射探測、邊境巡邏、應(yīng)急救災(zāi)、農(nóng)作物估產(chǎn)、管道巡檢、保護(hù)區(qū)野生動物監(jiān)測、軍事偵察、搭載航拍電子設(shè)備進(jìn)行

3、科研試驗(yàn)、海事偵察、保釣活動等方面間接接觸的航拍應(yīng)用需求。此外，在環(huán)境監(jiān)測、大氣取樣、增雨、資源勘探、禁毒，反恐、消防航拍偵察等方面，無人機(jī)航拍將大顯身手。西方發(fā)達(dá)國家主要采用料油缸、渦噴和渦扇發(fā)動機(jī)，玻璃鋼、鋁合金、碳纖維等高新昂貴材料，先進(jìn)的航電設(shè)備和高精航拍設(shè)備。國內(nèi)工業(yè)部門（包括院所和航空、航天集團(tuán)公司）研制的無人機(jī)技術(shù)高于民營企業(yè)，目前無人機(jī)在我國畢竟首要用于軍事用途，所以高空、高速、中遠(yuǎn)程、長航時、大載荷等類型的無人機(jī)，幾乎全部是由航空集團(tuán)、航天集團(tuán)以及院校研制與生產(chǎn)，主要是應(yīng)付軍隊(duì)的需求。但隨著國家信息化建設(shè)，地球信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，民用無人機(jī)市場會逐漸得到重視，除了國內(nèi)工業(yè)部門以

4、外，更需要民營企業(yè)研發(fā)生產(chǎn)性價比更高的，滿足市場需求的民用無人機(jī)。成本拉下來，應(yīng)用推上去，這是一個趨勢目前民用無人機(jī)航拍的缺點(diǎn)：市場不夠規(guī)范，需要大量技術(shù)和資金投入。雖然目前民用無人機(jī)的研制生產(chǎn)確實(shí)還沒有明確的骨干單位，但包括貴航、時代電子在內(nèi)的一些國有集團(tuán)公司已經(jīng)開始往低端的民用領(lǐng)域進(jìn)軍和擴(kuò)展了。所以無人機(jī)行業(yè)無人機(jī)行業(yè)前景相當(dāng)廣闊，將是一個很大市場。據(jù)中國企業(yè)經(jīng)濟(jì)信息網(wǎng)的研究報(bào)告預(yù)測，今后10年內(nèi)民用無人機(jī)市場的銷售額可達(dá)10億美元。無論是軍用還是民用，無人機(jī)都將朝著模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、多樣化和系列化的趨勢發(fā)展，其應(yīng)用范圍廣泛，前景喜人。設(shè)計(jì)目的及設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)目的1）利用航拍傳感器技術(shù)、GPS

5、導(dǎo)航航拍技術(shù)、通訊航拍服務(wù)技術(shù)、飛行控制技術(shù)、任務(wù)控制技術(shù)、編程技術(shù)等實(shí)現(xiàn)無人機(jī)航拍任務(wù)2）學(xué)習(xí)并且應(yīng)用，UP10完成了傳感器數(shù)據(jù)采集，GPS信息獲取，接收機(jī)信號獲取，舵機(jī)控制，與地面站通訊，飛行控制率計(jì)算，導(dǎo)航控制，任務(wù)控制等所有功能。3）養(yǎng)成根據(jù)需要選學(xué)參考書籍，查閱相關(guān)手冊、圖表和文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力。設(shè)計(jì)內(nèi)容1）設(shè)計(jì)一個包含GPS動態(tài)圖像采集、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)輸出的電路。2）完成電路的功能測試，保證各獨(dú)立功能的正常工作。航拍系統(tǒng)基本元件OSD莫塊在CRT/LCD顯示器上，在顯示器的熒幕中產(chǎn)生一些特殊的字形或圖形，讓使用者得到一些訊息。常見于家用電視機(jī)或個人PC

6、電腦之顯示熒幕上，當(dāng)使用者操作電視機(jī)換臺或調(diào)整音量、畫質(zhì)等，電視熒幕就會顯示目前狀態(tài)讓使用者知道，此控制IC可在熒幕上的任何位置顯示一些特殊字形與圖形，成為人機(jī)界面上重要的訊息產(chǎn)生裝置。在此系統(tǒng)中，OSDS于將GPS言息疊加于圖傳系統(tǒng)傳回的圖像上。GPS莫塊rCUJXV色.口XLEJU皿GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的基本原理是測量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機(jī)之間的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可知道接收機(jī)的具體位置。用戶到衛(wèi)星的距離則通過記錄衛(wèi)星信號傳播到用戶所經(jīng)歷的時間，再將其乘以光速得到。由于大氣層電離層的干擾，這一距離并不是用戶與衛(wèi)星之間的真實(shí)距離，而是偽距(PR:當(dāng)GPSS星正常工作時，會不斷地用1

7、和0二進(jìn)制碼元組成的偽隨機(jī)碼(簡稱偽碼)發(fā)射導(dǎo)航電文。GPS系統(tǒng)使用的偽碼一共有兩種，分別是民用的C/A碼和軍用的P(Y)碼。C/A碼頻率1.023MHz;重復(fù)周期一毫秒，碼間距1微秒，相當(dāng)于300mP碼頻率10.23MHz重復(fù)周期266.4天,碼間距0.1微秒，相當(dāng)于30m而Y碼是在P碼的基礎(chǔ)上形成的，保密性能更佳。導(dǎo)航電文包括衛(wèi)星星歷、工作狀況、時鐘改正、電離層時延修正、大氣折射修正等信息。它是從衛(wèi)星信號中解調(diào)制出來，以50b/s調(diào)制在載頻上發(fā)射的。導(dǎo)航電文每個主幀中包含5個子幀每幀長6so前三幀各10個字碼；每三十秒重復(fù)一次，每小時更新一次。后兩幀共15000b。導(dǎo)航電文中的內(nèi)容主要有遙

8、測碼、轉(zhuǎn)換碼、第1、2、3數(shù)據(jù)塊，其中最重要的則為星歷數(shù)據(jù)。當(dāng)用戶接受到導(dǎo)航電文時，提取出衛(wèi)星時間并將其與自己的時鐘做對比便可得知衛(wèi)星與用戶的距離，再利用導(dǎo)航電文中的衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)推算出衛(wèi)星發(fā)射電文時所處位置，用戶在WGS-84：地坐標(biāo)系中的位置速度等信息便可得知。GPS接收機(jī)可接收到可用于授時的準(zhǔn)確至納秒級的時間信息；用于預(yù)報(bào)未來幾個月內(nèi)衛(wèi)星所處概略位置的預(yù)報(bào)星歷；用于計(jì)算定位時所需衛(wèi)星坐標(biāo)的廣播星歷，精度為幾米至幾十米（各個衛(wèi)星不同，隨時變化）。GPS接收機(jī)對碼的量測就可得到衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，由于含有接收機(jī)衛(wèi)星鐘的誤差及大氣傳播誤差，故稱為偽距。對0A碼測得的偽距稱為UA碼偽距，精度約為2

9、0米左右，對P碼測得的偽距稱為P碼偽距，精度約為2米左右。GPS接收機(jī)對收到的衛(wèi)星信號，進(jìn)行解碼或采用其它技術(shù)，將調(diào)制在載波上的信息去掉后，就可以恢復(fù)載波。嚴(yán)格而言，載波相位應(yīng)被稱為載波拍頻相位，它是收到的受多普勒頻移影響的衛(wèi)星信號載波相位與接收機(jī)本機(jī)振蕩產(chǎn)生信號相位之差。一般在接收機(jī)鐘確定的歷元時刻量測，保持對衛(wèi)星信號的跟蹤，就可記錄下相位的變化值，但開始觀測時的接收機(jī)和衛(wèi)星振蕩器的相位初值是不知道的，起始?xì)v元的相位整數(shù)也是不知道的，即整周模糊度，只能在數(shù)據(jù)處理中作為參數(shù)解算。相位觀測值的精度高至毫米，但前提是解出整周模糊度，因此只有在相對定位、并有一段連續(xù)觀測值時才能使用相位觀測值，而要達(dá)

10、到優(yōu)于米級的定位精度也只能采用相位觀測值。按定位方式，GPSS位分為單點(diǎn)定位和相對定位（差分定位）。單點(diǎn)定位就是根據(jù)一臺接收機(jī)的觀測數(shù)據(jù)來確定接收機(jī)位置的方式，它只能采用偽距觀測量，可用于車船等的概略導(dǎo)航定位。相對定位（差分定位）是根據(jù)兩臺以上接收機(jī)的觀測數(shù)據(jù)來確定觀測點(diǎn)之間的相對位置的方法，它既可采用偽距觀測量也可采用相位觀測量，大地測量或工程測量均應(yīng)采用相位觀測值進(jìn)行相對定位。GPS定位的基本原理是根據(jù)高速運(yùn)動的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方交會的方法，確定待測點(diǎn)的位置。如圖所示，假設(shè)t時刻在地面待測點(diǎn)上安置GPS8收機(jī)，可以測定GPS言號到達(dá)接收機(jī)的時間t,再加上接收機(jī)

11、所接收到的衛(wèi)星星歷等其它數(shù)據(jù)可以確定以下四個方程式。叩/2+c（叫-吸）=出（益-艾）2十2-y>+32Wc（曲丁吸）=心（為x）2+（y3-y）2+（Z3-z）21/2-Fc（rUJ-吸）=（K4-x）2+（y4-y）2+（Z4-z）2Wc（-i>）=d4數(shù)據(jù)收發(fā)模塊FPV5.8G200mW400MW線圖傳收發(fā)系統(tǒng)是一款專門為航模開發(fā)的8通道視頻發(fā)射機(jī)，功率強(qiáng)勁，傳輸距離超群，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，可支持3s鋰電池動力電輸入，同時可以給攝像頭供電?？梢圆捎脛恿﹄姷钠胶舛丝诠╇姟０l(fā)射機(jī)應(yīng)用了大規(guī)模鋰電容濾波電路，比傳統(tǒng)的電解電容濾波有著不可比擬的精度和性能，經(jīng)在普通飛機(jī)到電直上的安裝實(shí)

12、驗(yàn)。圖像100%還原，絕不會有電流波紋。同時發(fā)射機(jī)內(nèi)置了微型mic,做到了音頻視頻的同步傳輸，是航模用無線發(fā)射機(jī)領(lǐng)域的佼佼者。發(fā)射機(jī)主要特點(diǎn)：- 5.8GHz視頻/音頻同步傳輸- 緊湊結(jié)構(gòu)，體積小，發(fā)射功率大-采用大規(guī)模集成電路，可靠性高- 8個工作通道，DIP開關(guān)選擇設(shè)置- 高可靠性、穩(wěn)定性- 使用數(shù)字鎖相環(huán)電路，無溫飄現(xiàn)象400mW勺參數(shù)如下：MODE:TS3535.8G400m8ChannelAXTransmitterModuleModulateWidebandFMModulateVideoFormatNTSC/PALCharacteristicsValueUnitsMimTyp.Max

13、.1OutputImpedance50Ohm2OutputPo*er245255265MBe3ChannelFrequencyCH15705-MH2CH295MHwCH3翊5MHzCH45645MH;CH55855-MHzCH65905MHzCH75925MH;CH85345MHz4OperatingVoltage7.01215V5Supplycurrent550mA6VOUTVoltageVOUT=DC網(wǎng)V數(shù)據(jù)采集模塊USB2.0帶音頻的視頻采集棒，它能夠直接通過USBg口不需要聲卡來采集高質(zhì)量的視頻和音頻。安裝非常簡單，不需要外接電源，可以用于電腦或者手提。我們有附帶專業(yè)的視頻采集軟件：繪

14、聲繪影10.0版本，能夠?yàn)槟闾峁┳詈玫木庉嫻δ?。可以分享完成的短片在DVD磁帶，網(wǎng)頁，移動電話等裝置?？梢灾С諺ISTA/WINDOWSOS標(biāo)準(zhǔn)USB2.0接口，最新技術(shù)USBAUDIO立體聲輸入輸出，輸入接口有AV及S端子，可在臺式機(jī)或手提電腦上觀看電視、錄像機(jī)、VCDDVD攝像機(jī)等設(shè)備輸出的視頻影像詳細(xì)規(guī)格： 支持USB2.0,無需打開機(jī)箱，支持熱插拔，支持筆記本電腦 自行調(diào)整畫面大小、最高分辨率可達(dá)720X576,24位真彩色 最新技術(shù)USBAUDIO立體聲輸入輸出 圖像亮度、對比度、飽和度、色度可自定義 可捕捉高品質(zhì)動態(tài)及靜態(tài)畫面，采集畫面順暢不間斷 輸入接口有AV及S端子，可在臺式機(jī)

15、或手提電腦上觀看錄像、VCDDVD攝像機(jī)等設(shè)備輸出的視頻影象 支持MPEGI/將多種實(shí)時壓縮格式，方便制作VCD/SVCD/DVD 兼容WINDOW2000/X哪容Direct8.1、9.0系統(tǒng)需求：一個空閑的USB2.0端口 Windows2000/XP IntelPentiumIII800以上600MB的硬盤空間供程序安裝，建議有4GB以上的硬盤空間，供軟件存放影片檔案內(nèi)存：256以上屏幕顯示分辨率至少是1024X768高清攝像頭攝像頭（CAMER唯一種視頻輸入設(shè)備，被廣泛的運(yùn)用于視頻會議，遠(yuǎn)程醫(yī)療及實(shí)時監(jiān)控等方面。普通的人也可以彼此通過攝像頭在網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有影像、有聲音的交談和溝通。另外，人

16、們還可以將其用于當(dāng)前各種流行的數(shù)碼影像，影音處理。我們從攝像頭的日常工作原理就可以列出攝像頭的主要結(jié)構(gòu)和組件：1、鏡頭。透鏡結(jié)構(gòu)，由幾片透鏡組成，有塑膠透鏡或玻璃透鏡。2、圖像傳感器。CCD電荷耦合器件；CMOS互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體4、電源。攝像頭內(nèi)部工作電壓：3.3V和2.5V兩種。EFFIO-E700線FPV攝像頭參數(shù)說明:CC歐型:1/3Sony960HCCDSensor尺寸大小：32mm*32mm總像素：PAL:1020HX596V（61萬像）NTSC:1020HX508V（52萬像）有效像素:PAL:976HX582V（57萬像）NTSC:976HX494V（48萬像）信號制式：PA

17、L/NTSC分辨率（水平中心）：700TVL最低照度：0.003LUX/F1.2信噪比：48dB工作電壓：DC12V±5%顯示系統(tǒng)地面接收系統(tǒng)14、飛行器遙控器116*卡口目15、無線圖傳系統(tǒng)發(fā)射機(jī)16顯示器（筆記本電腦）系統(tǒng)集成（最終結(jié)果）顯示系統(tǒng)為筆記本電腦顯示屏。心得體會經(jīng)過幾個月的奮戰(zhàn)，終于完成了這個創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目，這段時間我過的很充實(shí)，看著自己的勞動成果，心里有種說不出的感覺。畢竟自己的努力還算有所回報(bào)，我為自己的努力感到自豪，當(dāng)然我也認(rèn)識到了自己學(xué)習(xí)中的不足，看到了自己在運(yùn)用知識方面欠缺.我想說：為完成這次創(chuàng)新實(shí)踐，我們確實(shí)很辛苦，但苦中仍有樂。時間對我們來說很寶貴，真是恨

18、不得睡覺的時間也拿來用了。當(dāng)自己越過一個又一個難題時，笑容在臉上綻放。當(dāng)我看到做的實(shí)物終于完成并且通過學(xué)院答辯的時候，我樂了。對我而言，知識上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。從這次的整個任務(wù)來說，我不僅鞏固了課本的知識，還學(xué)到了許許多多其他的知識。我知道了每一個模塊之間是融會貫通的，可是自己的通信原理、電路知識沒有學(xué)好，于是就要重新翻書來確定自己的一些設(shè)計(jì)是否正確。其次了解到團(tuán)隊(duì)合作很重要，每個人都有分工，但是又不能完全分開來，還要合作，所以設(shè)計(jì)的成敗因素中還有團(tuán)隊(duì)的合作好壞。這次設(shè)計(jì)讓我知道了學(xué)無止境的道理。我們每一個人永遠(yuǎn)不能滿足于現(xiàn)有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面還有更高的山峰在等著你。挫折是一份財(cái)富，經(jīng)歷是一份擁有。這次課程設(shè)計(jì)必將成為我人生旅途上一個非常美好的回憶！當(dāng)然我的設(shè)計(jì)肯定有不足之處，希望老師批評指正，下次一定會。致謝在我負(fù)責(zé)的航拍系統(tǒng)中，有一些技術(shù)上的問題出現(xiàn)，在張巍巍老師的