航拍無人機系統項目解決方案(22頁).docx
下載文檔
上傳人:正***
編號:876308
2024-01-08
22頁
5.10MB
1、航拍無人機系統項目解決方案摘要: 本系統是一種穩定、快速的經濟型航拍無人機系統,系統總體包括:機體、攝像機、OSD模塊、GPS模塊、數據發射和接收模塊、電源模塊、動力模塊、遙控設備和顯示系統。本系統的特征是:選用了市場上廉價的KT板做機身材料,采用合式組合結構和固定上單翼設計;優化數據發射和接收模塊、GPS模塊和遙控接收機的組合,將高度集成的微型攝像機、數據傳輸和GPS模塊安裝在機身,顯示系統通過數據接收機將航拍信息顯示在顯示屏,操作人員可在地面通過監視屏幕掌握飛機的飛行狀態和獲取航拍信息,系統采用手拋式起飛。本系統的優點是:機身制作簡單,維修方便,價格低廉,既輕盈又堅固,飛行速度快,并具有一2、定的載重能力,信號抗干擾性強,操作簡單,實用方便。關鍵詞: 航空模型 視頻采集與傳輸 前言隨著今年國家的各項政策決議,無人機航拍、遙感市場將在未來幾年迎來跨越式發展的新契機。低端航拍無人機的應用,遠不止航空拍攝、航空攝影、航拍這么一點。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、地震調查、核輻射探測、邊境巡邏、應急救災、農作物估產、管道巡檢、保護區野生動物監測、軍事偵察、搭載航拍電子設備進行科研試驗、海事偵察、保釣活動等方面間接接觸的航拍應用需求。此外,在環境監測、大氣取樣、增雨、資源勘探、禁毒,反恐、消防航拍偵察等方面,無人機航拍將大顯身手。西方發達國家主要采用料油缸3、渦噴和渦扇發動機,玻璃鋼、鋁合金、碳纖維等高新昂貴材料,先進的航電設備和高精航拍設備。國內工業部門 (包括院所和航空、航天集團公司)研制的無人機技術高于民營企業,目前無人機在我國畢竟首要用于軍事用途,所以高空、高速、中遠程、長航時、大載荷等類型的無人機,幾乎全部是由航空集團、航天集團以及院校研制與生產,主要是應付軍隊的需求。但隨著國家信息化建設,地球信息技術產業發展,民用無人機市場會逐漸得到重視,除了國內工業部門以外,更需要民營企業研發生產性價比更高的, 滿足市場需求的民用無人機。成本拉下來,應用推上去,這是一個趨勢。 目前民用無人機航拍的缺點:市場不夠規范,需要大量技術和資金投入。雖然目前4、民用無人機的研制生產確實還沒有明確的骨干單位,但包括貴航、時代電 子在內的一些國有集團公司已經開始往低端的民用領域進軍和擴展了。所以無人機行業無人機行業前景相當廣闊,將是一個很大市場。據中國企業經濟信息網的研究報告預測,今后10年內民用無人機市場的銷售額可達10億美元。無論是軍用還是民用,無人機都將朝著模塊化、標準化、多樣化和系列化的趨勢發展,其應用范圍廣泛,前景喜人。設計目的及設計要求設計目的1) 利用航拍傳感器技術、GPS導航航拍技術、通訊航拍服務技術、飛行控制技術、任務控制技術、編程技術等實現無人機航拍任務2) 學習并且應用,UP10完成了傳感器數據采集,GPS信息獲取,接收機信號獲取,5、舵機控制,與地面站通訊,飛行控制率計算,導航控制,任務控制等所有功能。3) 養成根據需要選學參考書籍,查閱相關手冊、圖表和文獻資料的自學能力。設計內容1) 設計一個包含GPS、動態圖像采集、數據集成、數據發送、數據接收、數據處理、數據輸出的電路。2) 完成電路的功能測試,保證各獨立功能的正常工作。航拍系統基本元件OSD模塊 在 CRT/LCD 顯示器上,在顯示器的熒幕中產生一些特殊的字形或圖形,讓使用者得到一些訊息。常見于家用電視機或個人 PC 電腦之顯示熒幕上,當使用者操作電視機換臺或調整音量、畫質等,電視熒幕就會顯示目前狀態讓使用者知道,此控制 IC 可在熒幕上的任何位置顯示一些特殊字形與6、圖形,成為人機界面上重要的訊息產生裝置。在此系統中,OSD用于將GPS信息疊加于圖傳系統傳回的圖像上。GPS模塊 GPS導航系統的基本原理是測量出已知位置的衛星到用戶接收機之間的距離,然后綜合多顆衛星的數據就可知道接收機的具體位置。用戶到衛星的距離則通過記錄衛星信號傳播到用戶所經歷的時間,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星之間的真實距離,而是偽距(PR):當GPS衛星正常工作時,會不斷地用1和0二進制碼元組成的偽隨機碼(簡稱偽碼)發射導航電文。GPS系統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,重復周期一毫秒,7、碼間距1微秒,相當于300m;P碼頻率10.23MHz,重復周期266.4天,碼間距0.1微秒,相當于30m。而Y碼是在P碼的基礎上形成的,保密性能更佳。導航電文包括衛星星歷、工作狀況、時鐘改正、電離層時延修正、大氣折射修正等信息。它是從衛星信號中解調制出來,以50b/s調制在載頻上發射的。導航電文每個主幀中包含5個子幀每幀長6s。前三幀各10個字碼;每三十秒重復一次,每小時更新一次。后兩幀共15000b。導航電文中的內容主要有遙測碼、轉換碼、第1、2、3數據塊,其中最重要的則為星歷數據。當用戶接受到導航電文時,提取出衛星時間并將其與自己的時鐘做對比便可得知衛星與用戶的距離,再利用導航電文中的8、衛星星歷數據推算出衛星發射電文時所處位置,用戶在WGS-84大地坐標系中的位置速度等信息便可得知。 GPS接收機可接收到可用于授時的準確至納秒級的時間信息;用于預報未來幾個月內衛星所處概略位置的預報星歷;用于計算定位時所需衛星坐標的廣播星歷,精度為幾米至幾十米(各個衛星不同,隨時變化)。 GPS接收機對碼的量測就可得到衛星到接收機的距離,由于含有接收機衛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20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接收機對收到的衛星信號,進行解碼或采用其它技術,將調制在載波上的信息去掉后,就可以恢復載波。嚴格9、而言,載波相位應被稱為載波拍頻相位,它是收到的受多普勒頻移影響的衛星信號載波相位與接收機本機振蕩產生信號相位之差。一般在接收機鐘確定的歷元時刻量測,保持對衛星信號的跟蹤,就可記錄下相位的變化值,但開始觀測時的接收機和衛星振蕩器的相位初值是不知道的,起始歷元的相位整數也是不知道的,即整周模糊度,只能在數據處理中作為參數解算。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、并有一段連續觀測值時才能使用相位觀測值,而要達到優于米級的定位 精度也只能采用相位觀測值。 按定位方式,GPS定位分為單點定位和相對定位(差分定位)。單點定位就是根據一臺接收機的觀測數據來確定接收機位置的方10、式,它只能采用偽距觀測量,可用于車船等的概略導航定位。相對定位(差分定位)是根據兩臺以上接收機的觀測數據來確定觀測點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采用相位觀測值進行相對定位。 GPS定位的基本原理是根據高速運動的衛星瞬間位置作為已知的起算數據,采用空間距離后方交會的方法,確定待測點的位置。如圖所示,假設t時刻在地面待測點上安置GPS接收機,可以測定GPS信號到達接收機的時間t,再加上接收機所接收到的衛星星歷等其它數據可以確定以下四個方程式。數據收發模塊FPV 5.8G 200mW 400MW無線圖傳收發系統是一款專門為航模開發的8通道視頻發11、射機,功率強勁,傳輸距離超群,具有很強的適應性,可支持3S鋰電池動力電輸入,同時可以給攝像頭供電。可以采用動力電的平衡端口供電。發射機應用了大規模鉭電容濾波電路,比傳統的電解電容濾波有著不可比擬的精度和性能,經在普通飛機到電直上的安裝實驗。圖像100還原,絕不會有電流波紋。同時發射機內置了微型mic,做到了音頻視頻的同步傳輸,是航模用無線發射機領域的佼佼者。發射機主要特點:- 5.8GHz視頻/音頻同步傳輸- 緊湊結構,體積小,發射功率大- 采用大規模集成電路,可靠性高- 8個工作通道,DIP開關選擇設置- 高可靠性、穩定性- 使用數字鎖相環電路,無溫飄現象400mw的參數如下:數據采集模塊數12、據采集模塊 USB2.0帶音頻的視頻采集棒,它能夠直接通過USB接口不需要聲卡來采集高質量的視頻和音頻。安裝非常簡單,不需要外接電源,可以用于電腦或者手提。我們有附帶專業的視頻采集軟件:繪聲繪影10.0版本,能夠為你提供最好的編輯功能。可以分享完成的短片在DVD,磁帶,網頁,移動電話等裝置。可以支持VISTA/WINDOWS OS。 標準USB2.0接口,最新技術USB AUDIO、立體聲輸入輸出,輸入接口有AV及S端子,可在臺式機或手提電腦上觀看電視、錄像機、VCD、DVD、攝像機等設備輸出的視頻影像 詳細規格: 支持USB2.0,無需打開機箱,支持熱插拔,支持筆記本電腦 自行調整畫面大小、13、最高分辨率可達720576,24位真彩色 最新技術USB AUDIO、立體聲輸入輸出 圖像亮度、對比度、飽和度、色度可自定義 可捕捉高品質動態及靜態畫面,采集畫面順暢不間斷 輸入接口有AV及S端子,可在臺式機或手提電腦上觀看錄像、VCD、DVD、攝像機等設備輸出的視頻影象 支持MPEG1/2等多種實時壓縮格式,方便制作VCD/SVCD/DVD 兼容WINDOW2000/XP,兼容Direct8.1、9.0系統需求:一個空閑的USB2.0端口Windows 2000/XPIntel Pentium III 800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14、內存:256以上屏幕顯示分辨率至少是1024X768高清攝像頭攝像頭(CAMERA)是一種視頻輸入設備,被廣泛的運用于視頻會議,遠程醫療及實時監控等方面。普通的人也可以彼此通過攝像頭在網絡進行有影像、有聲音的交談和溝通。另外,人們還可以將其用于當前各種流行的數碼影像,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構和組件:1、 鏡頭。透鏡結構,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,互補金屬氧化物半導體4、電源。攝像頭內部工作電壓:3.3V和2.5V兩種。EFFIO-E 700線FPV攝像頭參數說明:CCD類型: 1/3 Sony 15、960H CCD Sensor尺寸大小: 32mm*32mm總像素: PAL: 1020H596V (61萬像) NTSC: 1020H508V (52萬像)有效像素: PAL: 976H582V (57萬像) NTSC: 976H494V (48萬像)信號制式: PAL/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: DC12V5%顯示系統 顯示系統為筆記本電腦顯示屏。地面接收系統14、 飛行器遙控器 15、無線圖傳系統發射機 16顯示器(筆記本電腦)系統集成(最終結果)心得體會 經過幾個月的奮戰,終于完成了這個創新實踐項目,這段16、時間我過的很充實,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,我為自己的努力感到自豪,當然我也認識到了自己學習中的不足,看到了自己在運用知識方面欠缺. 我想說:為完成這次創新實踐,我們確實很辛苦,但苦中仍有樂。時間對我們來說很寶貴,真是恨不得睡覺的時間也拿來用了。當自己越過一個又一個難題時,笑容在臉上綻放。當我看到做的實物終于完成并且通過學院答辯的時候,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。從這次的整個任務來說,我不僅鞏固了課本的知識,還學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、電路知識沒有學好,于是就要重新17、翻書來確定自己的一些設計是否正確。 其次了解到團隊合作很重要,每個人都有分工,但是又不能完全分開來,還要合作,所以設計的成敗因素中還有團隊的合作好壞。這次設計讓我知道了學無止境的道理。我們每一個人永遠不能滿足于現有的成就,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。挫折是一份財富,經歷是一份擁有。這次課程設計必將成為我人生旅途上一個非常美好的回憶!當然我的設計肯定有不足之處,希望老師批評指正,下次一定會。致謝 在我負責的航拍系統中,有一些技術上的問題出現,在*老師的指導下,問題都得到解決。在此感謝*老師的幫助,同時感謝團隊中的卓儒盛、王俊璋、陳熊飛同學,我們一起攻克難關,最終完成了這次系統的制作,并且運用到了實物上面。