无人机航拍创新实践报告

创新实践报告

题目：经济型航拍无人机系统（航拍系统）学院：测试与光电工程学院

专业名称：电子科学与技术

班级学号： ********

学生姓名：***

指导教师：***

2013年 5 月

经济型航拍无人机系统（航拍系统）

摘要：

本系统是一种稳定、快速的经济型航拍无人机系统，系统总体包括：机体、摄像机、OSD模块、GPS模块、数据发射和接收模块、电源模块、动力模块、遥控设备和显示系统。本系统的特征是：选用了市场上廉价的KT板做机身材料，采用合式组合结构和固定上单翼设计；优化数据发射和接收模块、GPS模块和遥控接收机的组合，将高度集成的微型摄像机、数据传输和GPS模块安装在机身，显示系统通过数据接收机将航拍信息显示在显示屏，操作人员可在地面通过监视屏幕掌握飞机的飞行状态和获取航拍信息，系统采用手抛式起飞。本系统的优点是：机身制作简单，维修方便，价格低廉，既轻盈又坚固，飞行速度快，并具有一定的载重能力，信号抗干扰性强，操作简单，实用方便。

关键词：航空模型视频采集与传输

前言

随着今年国家的各项政策决议，无人机航拍、遥感市场将在未来几年迎来跨越式发展的新契机。低端航拍无人机的应用，远不止航空拍摄、航空摄影、航拍这么一点。随着用户的快速增长，目前航拍的功能要求也逐渐增多，主要有对森林防火、地震调查、核辐射探测、边境巡逻、应急救灾、农作物估产、管道巡检、保护区野生动物监测、军事侦察、搭载航拍电子设备进行科研试验、海事侦察、保钓活动等方面间接接触的航拍应用需求。此外，在环境监测、大气取样、增雨、资源勘探、禁毒，反恐、消防航拍侦察等方面，无人机航拍将大显身手。西方发达国家主要采用料油缸、涡喷和涡扇发动机，玻璃钢、铝合金、碳纤维等高新昂贵材料，先进的航电设备和高精航拍设备。

国内工业部门（包括院所和航空、航天集团公司）研制的无人机技术高于民营企业，目前无人机在我国毕竟首要用于军事用途，所以高空、高速、中远程、长航时、大载荷等类型的无人机，几乎全部是由航空集团、航天集团以及院校研制与生产，主要是应付军队的需求。但随着国家信息化建设，地球信息技术产业发展，民用无人机市场会逐渐得到重视，除了国内工业部门以外，更需要民营企业研发生产性价比更高的，满足市场需求的民用无人机。成本拉下来，应用推上去，这是一个趋势。

目前民用无人机航拍的缺点：市场不够规范，需要大量技术和资金投入。虽然目前民用无人机的研制生产确实还没有明确的骨干单位，但包括贵航、时代电子在内的一些国有集团公司已经开始往低端的民用领域进军和扩展了。所以无人机行业无人机行业前景相当广阔，将是一个很大市场。据中国企业经济信息网的研究报告预测，今后10年内民用无人机市场的销售额可达10亿美元。无论是军用还是民用，无人机都将朝着模块化、标准化、多样化和系列化的趋势发展，其应用范围广泛，前景喜人。

设计目的及设计要求

设计目的

1）利用航拍传感器技术、GPS导航航拍技术、通讯航拍服务技术、飞行控制技术、任务控制技术、编程技术等实现无人机航拍任务

2）学习并且应用，UP10完成了传感器数据采集，GPS信息获取，接收机信号获取，舵机控制，与地面站通讯，飞行控制率计算，导航控制，任务控制等所有功能。

3）养成根据需要选学参考书籍，查阅相关手册、图表和文献资料的自学能力。

设计内容

1)设计一个包含GPS、动态图像采集、数据集成、数据发送、数据接收、数据处理、数据输出的电路。

2)完成电路的功能测试，保证各独立功能的正常工作。

航拍系统

基本元件

OSD模块

在 CRT/LCD 显示器上，在显示器的荧幕中产生一些特殊的字形或图形，让使用者得到一些讯息。常见于家用电视机或个人 PC 电脑之显示荧幕上，当使用者操作电视机换台或调整音量、画质等，电视荧幕就会显示目前状态让使用者知道，此控制 IC 可在荧幕上的任何位置显示一些特殊字形与图形，成为人机界面上重要的讯息产生装置。在此系统中，OSD用于将GPS信息叠加于图传系统传回的图像上。

GPS模块

GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。用户到卫星的距离则通过记录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到。由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距（PR）：当GPS卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码（简称伪码）发射导航电文。GPS系统使用的伪码一共有两种，分别是民用的C/A码和军用的P(Y)码。C/A码频率1.023MHz，重复周期一毫秒，码间距1微秒，相当于300m；P码频率10.23MHz，重复周期266.4天，码间距0.1微秒，相当于30m。而Y码是在P码的基础上形成的，保密性能更佳。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。它是从卫星信号中解调制出来，以50b/s调制在载频上发射的。导航电文每个主帧中包含5个子帧每帧长6s。前三帧各10个字码；每三十秒重复一次，每小时更新一次。后两帧共15000b。导航电文中的内容主要有遥测码、转换码、第1、2、3数据块，其中最重要的则为星历数据。当用户接受到导航电文时，提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离，再利用导航电文

中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置，用户在WGS-84大地坐标系中的位置速度等信息便可得知。

GPS接收机可接收到可用于授时的准确至纳秒级的时间信息；用于预报未来几个月内卫星所处概略位置的预报星历；用于计算定位时所需卫星坐标的广播星历，精度为几米至几十米（各个卫星不同，随时变化）。

GPS接收机对码的量测就可得到卫星到接收机的距离，由于含有接收机卫星钟的误差及大气传播误差，故称为伪距。对0A码测得的伪距称为UA码伪距，精度约为20米左右，对P码测得的伪距称为P码伪距，精度约为2米左右。

GPS接收机对收到的卫星信号，进行解码或采用其它技术，将调制在载波上的信息去掉后，就可以恢复载波。严格而言，载波相位应被称为载波拍频相位，它是收到的受多普勒频移影响的卫星信号载波相位与接收机本机振荡产生信号相位之差。一般在接收机钟确定的历元时刻量测，保持对卫星信号的跟踪，就可记录下相位的变化值，但开始观测时的接收机和卫星振荡器的相位初值是不知道的，起始历元的相位整数也是不知道的，即整周模糊度，只能在数据处理中作为参数解算。相位观测值的精度高至毫米，但前提是解出整周模糊度，因此只有在相对定位、并有一段连续观测值时才能使用相位观测值，而要达到优于米级的定位精度也只能采用相位观测值。

按定位方式，GPS定位分为单点定位和相对定位（差分定位）。单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式，它只能采用伪距观测量，可用于车船等的概略导航定位。相对定位（差分定位）是根据两台以上接