中航恒拓最新推出无人机协同编队实验室建设方案

发布于 2018年07月12日 / 编辑于 2018年07月12日 / 公司新闻

一、无人机发展现状

     伴随科技的发展,面对人类无法胜任的高难度、高风险与高含量的任务。无人机应运而生。它替代有人驾驶的飞机去执行这些任务。无人机是一种有无线电来操控的设备,遂有人称其为遥控驾驶航空器。它能够趋于完美的利用人工智能、信号处理和自动驾驶等精尖技术,并由于它具有体积小、无人驾驶和航程远等优势被广泛应用,在自然环境考察、科普研究、农业领域、维护国家主权与公共卫生安全等等许多方面都有所应用。目前这种趋于多元化的应用使得各国都加快探索、开发的步伐。


 

二、无人机协同编队实验室理论依据

     在室内环境下,由于GPS信号的接收限制,因此缺乏高精度的飞行定位方法。2010年,美国宾夕法尼亚大学GRASP实验室利用三维红外运动捕捉系统率先解决了室内飞行定位的难题,这种方法精度高且稳定可靠,受到国内外的多旋翼无人机的研究机构或专业公司的特别关注,如瑞士联邦理工学院、北京航空航天大学、百度、大疆等。

     此方案实现依据为:在每一架多旋翼无人机上布置被动标记点(近红外光线下反光)或主动标记点(主动发射近红外光线),红外运动捕捉系统通过识别标记点来认知无人机,实时捕获无人机飞行姿态和位置信息,从理论上说,对于三维空间中的一个点,只要这个点能同时为两部摄像机所见,则根据同一时刻两部摄像机所拍摄的图像和对应参数,可以确定这一时刻该点在三维空间里的位置信息。当摄像机以足够高的速率连续拍摄时,从图像序列中就可以得到该点的运动轨迹。利用这个原理,通过对目标物体上特定光点的监视和跟踪来完成运动捕捉的任务。

     整个过程可简化为:计算机通过WIFI、蓝牙或无线数传等数据传输模块输出飞行控制指令给无人机,无人机接收到飞行指令后自主飞行。运动捕捉系统实时捕捉到无人机的六自由度信息,并传回控制计算机。控制计算机根据预设的飞行轨迹和实际的飞行轨迹的差别,修正飞行参数,并重新发送飞行控制指令给无人机,从而控制无人机高精度的、平稳的、无偏差的飞行。


三、无人机协同编队实验室技术优势

相比于其他飞行定位的方案,三维红外运动捕捉系统拥有以下五点优势:

1)室内定位:室内环境下没有GPS信号,无人机无法定位;

2)高速:摄像机的拍摄速度在100FPS以上,能够提供冗余的定位信息;

3)高精度:位置坐标精确到0.1mm,姿态角精确到0.1°,远高于其他的定位方案;

4)鲁棒性:跟踪固定在无人机上的刚体,跟踪数据几乎不会丢失;

5)价格:自主编队飞行的成本较低。


四、无人机协同编队实验室建设方案


无人机协同编队实验室建设背景

     随着多旋翼无人机及技术不断发展,社会对多旋翼无人机技术人才的需求不断增加,培训掌握多旋翼无人机技术、适应时代需要的高素质人才,成为高等院校未来发展的一项重要任务。

     在多旋翼无人机技术的发展过程中,根据操作方式可以分为:单人单机、单人多机。单架无人机采用先进控制策略可实现实时的高精度姿态控制,完成轨迹追踪,但是多无人机编队飞行执行任务的成功率和抗突发事件的能力要比单架飞机飞行高。例如,在某次任务的执行过程中,有一架飞机出现故障不能继续工作,那么它可以返回进行维修,而其余飞机仍旧按照原来的计划保持编队飞行,使任务得以圆满完成。因此单人多机协同编队,在军事和民用应用上越来越广泛。

无人机协同编队实验室建设目标

     多旋翼无人机编队现在根据使用场景和技术可分为:室外编队飞行和室内编队飞行。其中室内编队飞行它相对室外编队飞行的特点有适用性强、成本低,对初学者友好等。学生在老师的指导下可完成无人机单体实训、多机编队开发等。通过无人机编队可锻炼学生动手能力、开发能力、操作能力和编程能力,软硬结合,提高学生就业竞争力。

     学生通过无人机创新实训室和实验教师的指导,从无人机入门到最后的编队能手、维护组装能手、编程能手,实现学生动手实践能力、开发能力和就业能力的提升。当前无人机相关人才缺口很大,多旋翼无人机编队系统的培养定向人才,为市场输出高水平的人才。