“无人”的翱翔 无人机解密

技术宅

圆通测试无人机送货

认识无人机

无人机并非现在才有，早在战争中就曾有大量无人机出色的出现，电影中也不乏它的身影，只不过随着科技的发展，现在无人机在民用领域里也开始崭露头角。现在无论是婚礼拍摄、高空摄影都经常可以看到无人机的身影（图2）。

大疆Phantom2Vision+无人机

形状各异的无人机

什么是无人机？无人机是一种由无线遥控设备或自身程序控制装置操纵的无人驾驶飞行器。对于民用无人机来说，它和我们常见的航模非常类似（不过功能更丰富），也是一款通过地面控制系统无线遥控的飞行器，因此它的形状可能和实际飞机不同，它的最大特色就是“无人驾驶”（图3）。

走进无人机的大脑——认识飞控系统

如上所述，无人机的特色主要就在于无人驾驶。不过无人驾驶并不意味着无人操控，无人机的核心其实就是其中的飞控系统，正是后台飞控系统的存在，才可以让无人机实现精准飞行和数据无线传输等常见功能。无人机的飞控系统实际上就是一台微型电脑，由于无人机的体型都较小，因此大多使用的是嵌入式的操作系统。其中的处理核心（微型处理器）则是嵌入式芯片，如目前采用率较高的是德州仪器的TMS320 LF2407芯片，它的外形就和我们常见的CPU相似（图4）。

无人机目前广泛使用的TMS320 LF2407芯片

因为是嵌入式系统，因此无人机的飞控系统和我们常用的手机系统很类似，是由一块高集成的SOC基板组成，集成了Micro SD（用于SD卡存储）、USB接口（用于本地数据传输）、GPS导航（用于空中导航）、红外摄像机、无线摄像头（用于航拍）、2.4GHz无线模块（用于空中和地面数据传输）、陀螺仪（用于定位）等常用的组件（图5）。

地空对话——无人机的操控

由于无人机是在空中飞行，我们需要在地面对其操控。在无人机民用方面，我们接触到最多的则是其中的导航和图传系统。比如在汪峰的求婚现场，要让无人机托着戒指飞到指定位置，操作者就要使用无人机导航系统设计好路线。无人机一般使用惯性导航（通过内嵌系统集成的加速度计和水平陀螺、垂直陀螺来实现）和GPS导航实现。它的功能其实和我们日常使用的汽车导航非常类似（只不过无人机是在空中飞行），我们只要在飞控系统中先定位好目标坐标位置，然后设计好飞行路线，这样无人机就能按照指定的路线飞行到目标的身边了。

无人机另外一个重要作用是航拍，在飞行指定区域后，无人机上的摄像系统就会开始工作。因为无人机是在空中飞行，因此拍摄的数据还要传输到地面接收端。这里空地数据传输大多使用的是2.4GHz无线传输方式。2.4GHz无线连接并不是什么新技术，我们平时使用的很多无线鼠标就是使用这种技术实现。只要发射端和接收端都有2.4Gz无线模块，它们之间就可以实现数据的无线传输。

在图传系统中，无人机上配备一个机载的图传信号发射器，当无人机在空中开始拍摄的时候，它采集到的视频（图像）等信号就会传输到机载的图传信号发送器，发送器通过发射2.4GHz无线信号的方式传输数据。这样当地面的图传信号接收系统收到2.4GHz无线信号后，它会自动以无线连接的方式和机载的图传信号发射器连接，读取其中的视频信息。接着地面的图传信号接收系统再通过HDMI、USB和笔记本、显示器等连接，这样我们在电脑上就可以实时收到无人机拍摄的视频了（图6）。

图传系统如果仅仅是实时监控无人机拍摄的画面当然是不够的，在实际操作中我们还经常要根据实际情况对拍摄系统进行调整。现在很多无人机地面操控系统还可以实现对无人机的拍摄角度、焦距、光圈等进行调整，这个遥控操作同样主要借助2.4GHz无线模块实现。当地面系统通过2.4GHz无线信号和机载控制单元连接后，地面的遥控器就能向无人机上的云台发送操作信号，从而实现各种拍摄状态的调整。

科技离我们并不遥远——无人机与我们的生活

无人机由于可以实现在高空无人飞行，并且可以通过地面人员的操作实现精准的飞行和降落，因此在日常生活中，无人机可以给我们带来很多的便利。对于有一定经济实力且喜欢摄影的朋友，他们可以通过购买无人机实现之前无法实现的航拍。只要在无人机上配备好摄像机（或照相机），然后将无人机飞到需要拍摄的空域，这样在地面就可以轻松获得无人机航拍的照片（图7）。

当然，也许你没有实力买架无人机，但是随着无人机的普及，每个人都可以享受到无人机带给我们的便利。像对于喜爱网购的用户，现在国内的圆通、顺风快递已经在试验使用无人机送货。在不远的将来，只要你在网站下单，不一会儿快递的无人机就会将你订购的货物送到你面前，这样高效的购物体验是不是觉得很爽（图8）？

总之，随着科技的发展，无人机一定会越来越贴近普通人的生活。你可能不会拥有一台无人机，但是你一定会享受到无人机带来的服务。不过对于喜欢航拍的朋友（当然包括使用无人机派送的物流公司）要注意，现阶段我国对航空管制要求非常严格，在使用无人机时，一是要注意航空管制的空域（前段时间某测绘公司在北京未经审批的航拍活动就干扰了正常的民航与空军航线，造成大量社会资源的浪费），二是民用无人机活动中使用无线电频率、无线电设备应当遵守国家无线电管理法规和规定，且不得对航空无线电频率造成有害干扰。