无人机工作原理

典型的无人飞机由轻型复合材料制成，以减轻重量并提高机动性。这种复合材料的强度使军用无人机可以在极高的高度上航行。用于制造无人机的工程材料是高度复杂的复合材料，旨在吸收振动，从而降低产生的声音。这些材料重量很轻。

无人机装备了不同功能的技术装置，例如红外热像仪，GPS和激光（消费，商业和军事无人机）。无人机由远程地面控制系统（GSC）控制，也称为地面驾驶舱。

无人机系统由两部分组成：无人机本身和控制系统。

无人驾驶飞机的机头是所有传感器和导航系统所在的地方。人体仓部分充满了无人机技术系统，因为无人机不需要任何空间来搭载人类。

什么是无人机和无人机技术

下面我们将探讨DJI Phantom 3无人机背后的科学和无人机技术。我们还拥有大量来自市场上最新无人机的最新无人机技术的信息。

有很多链接可以让您更深入地了解无人机技术的各个组成部分。例如，这是一篇很棒的无人机组件概述文章。这给出了在大多数无人机中看到的各个组件的信息。

无人机类型和大小

无人机有多种尺寸，最大的无人机主要用于军事目的，例如“捕食者”无人机。其次是固定翼无人机，其机翼固定且需要短跑道。这些通常用于覆盖大片土地，在地理调查等领域工作或与野生动植物偷猎作斗争。

垂直起降（VTOL）无人机

无人机的另一个类型就是所谓的垂直起降（VTOL）无人机。这些通常是四轴旋翼飞行器，但不是全部。VTOL无人机可以垂直起飞、飞行、悬停和降落。VTOL的确切含义是“垂直起降”。

雷达定位和返航

最新的无人机具有GPS和GLONASS等双重全球导航卫星系统（GNSS），最近的无人机配置了中国的北斗导航。

无人机可以在GNSS模式和非卫星模式下飞行。例如，DJI无人机可以在不使用GPS的P模式（GPS和GLONASS）或ATTI模式下飞行。

飞行时，高精度的无人机导航非常重要，尤其是在无人机应用中，例如创建3D地图，测量风景和SAR（搜索与救援）任务。

首次打开四轴飞行器时，它将搜索并检测GNSS卫星。高端GNSS系统使用卫星星座技术。基本上，一个卫星星座是一组卫星，它们共同工作以提供协调的覆盖范围并同步，从而使它们在覆盖范围内重叠良好。通过或覆盖是指卫星在当地地平线以上可见的时间段。

雷达技术将在遥控器显示屏上发出以下信号：

表示已经检测到足够的无人机GNSS卫星，并且无人机可以飞行了。显示无人机相对于飞行员的当前位置和位置。记录“返航”安全功能的返航点。大多数最新的无人机具有以下三种“返航”无人机技术：

按下遥控器或应用程序中的按钮，飞行员便开始返回家中。电池电量不足时，无人机将自动飞回原点。当无人机自动飞回其原点时，无人机与遥控器之间失去联系。

最新的Mavic Air RTH技术可以在自动返回家中时感应障碍物。

障碍物检测与防撞技术

最新的高科技无人机现在配备了防撞系统。它们使用障碍物检测传感器扫描周围环境，而软件算法和SLAM技术将图像生成为3D地图，从而使无人机能够感应并避开。这些系统融合以下一个或多个传感器来进行感应和避免；

视觉传感器。超声波。红外线。激光雷达飞行时间（ToF）。单眼视觉。

最新的DJI Mavic 2 Pro和Mavic 2 Zoom在所有6面都具有障碍物感应功能。Mavic 2使用视觉和红外传感器，将其融合到称为全方位障碍物感测的视觉系统中。

DJI Mavic 2障碍物感应系统是顶级无人机技术。Mavic 2将感应物体，然后在前方的障碍物周围飞行。向后飞行时，它可以执行相同的操作。如果无法飞越障碍物，则悬停。

该技术在DJI Mavic 2和Mavic Air无人机上被称为APAS（高级飞行员辅助系统）。

2019年12月，Skydio 2无人机发布。这在所有方面都可以避免障碍。

Skydio 2自主技术可视化并计算了无人机周围发生的事情。然后，它可以智能地预测接下来会发生什么，并且每秒可以多次做出准确的决策。

Skydio 2四轴飞行器使用6 x 4k摄像机构建周围3D地图，其中包括树木，人，动物，汽车，建筑物等。

陀螺仪稳定，IMU和飞行控制器

陀螺仪稳定技术使无人机具有平稳的飞行能力。陀螺仪几乎立即作用于抵抗无人机的力，使其保持平稳飞行或悬停。陀螺仪为中央飞行控制器提供必要的导航信息。

惯性测量单元（IMU）通过使用一个或多个加速度计检测当前的加速度来工作。IMU使用一台或多台陀螺仪检测旋转属性的变化，例如俯仰，滚动和偏航。一些IMU包括一个磁力计，以辅助针对方向漂移进行校准。陀螺仪是IMU的组成部分，而IMU是无人机飞行控制器的重要组成部分。飞行控制器是无人机的中央大脑。

无人机电机方向和螺旋桨设计

马达和螺旋桨是无人机起飞的重要部件，可将无人机推向空中并向任何方向飞行或悬停飞行。在四轴飞行器上，电动机和螺旋桨与两个顺时针旋转的电动机/螺旋桨（CW螺旋桨）和两个逆时针旋转的电动机（CCW螺旋桨）成对工作。它们从飞行控制器和电子速度控制器（ESC）沿无人机电机方向接收数据，以进行悬停或飞行。

屏幕实时飞行参数

几乎所有的无人机都有地面站控制器（GSC）或智能手机应用程序，可让您跟踪当前的飞行遥测，并查看无人机在移动设备上看到的内容。

禁飞区的无人机技术

为了提高飞行安全性并防止在限制区域发生事故，DJI和其他制造商提供的最新无人机都具有“禁飞区”功能。根据禁飞区的规定，并通过了美国联邦航空管理局（FAA）进行分类。制造商可以使用UAV固件更新来更改禁飞区无人机技术。

GPS准备飞行模式无人机技术

指南针经过校准后，便会寻找GPS卫星的位置。当发现6个以上时，它将使无人机以“准备飞行”模式飞行。

内部指南针和故障保护功能

使无人机和远程控制系统准确知道其飞行位置。如果无人驾驶飞机和远程控制系统停止连接，则可以设置返航点，这是无人驾驶飞机将返回的位置。这也称为“故障安全功能”。

FPV实时视频传输无人机技术

FPV的意思是“第一人称视角”。摄像机安装在无人机上，该摄像机将实况视频广播给地面上的飞行员。地面飞行员正在像在飞机上一样飞行飞机，而不是从飞行员的实际地面位置看飞机。FPV使无人驾驶飞机比从地面上观看飞机时可以飞得更高，更远。“第一人称视角”可以更精确地飞行，尤其是在障碍物周围。FPV使无人飞行器在室内，森林或建筑物周围非常容易飞行。没有FPV实时视频传输技术，无人机赛车联盟将无法实现异常快速的发展。这种FPV技术使用无线电信号来发送和接收实时视频。无人机具有内置的多频段无线FPV发射器以及天线。视无人机而定，实时视频信号的接收器可以是遥控器，计算机，平板电脑或智能手机设备。这种实时视频输入与无人机地面控制之间的信号强度有关。

最新的DJI Mavic 2具有5英里（8公里）的FPV实时视频范围和1080p高质量视频传输。其他稍旧的无人机，例如DJI Mavic和Phantom 4 Pro，可以传输长达4.3英里（7公里）的实时视频。Phantom 4 Pro和Inspire 2使用最新的DJI Lightbridge 2传输系统。DJI Mavic等无人机使用集成控制器和智能算法，通过降低延迟并增加最大范围和可靠性，为无线高清图像传输树立了新标准。

无人机FPV over 4G / LTE网络

2016年，宣布了一种新的实时视频，该视频可以通过4G / LTE网络传输，提供无限范围和低延迟的视频。这种无人机技术是Sky Drone FPV 2，由摄像头模块，数据模块和4G / LTE调制解调器组成。

无人机固件和飞行助手端口

飞行控制系统通过Micro-USB电缆与PC Assistant通信。这允许配置无人机并升级无人机固件。

关于无人机的一个非常简单的描述是，它是一台带有摄像头或传感器的飞行计算机。像计算机一样，无人机也具有固件软件，该软件将命令发送到飞机或遥控器中的物理组件。

无人机制造商发布固件升级以修复错误，并为飞机，远程控制单元或软件（如果用于飞行无人机）添加新功能。

无人机LED飞行指示器

这些位于无人机的前部和后部。通常，无人机的LED将为绿色，黄色或红色。前部LED指示灯点亮，以指示无人机的机头。开机后，后部的LED飞行指示器点亮，以指示无人机的各种状态，进行固件升级并飞行。最好了解四轴飞行器上闪烁的LED指示什么。所有无人机均随附用户手册，其中列出了每种类型的闪烁LED的含义。

无人机遥控系统

在DJI Phantom 3上，这是使用5.8 GHz频带的无线通信设备。远程控制系统也称为地面控制。无人机和地面控制器出厂时应该已经配对。

无人机遥控接收器 

5.8 GHz接收器技术链接按钮的位置在无人机下方。几乎所有最新的无人机都可以使用2.4或5.8 GHz的工作频率。

增程无人机技术

这是一种通常在2.4 GHz频率内运行的无线通信设备。它用于扩展无障碍开放区域中智能手机或平板电脑与无人机之间的通信范围。传输距离可达700米。每个范围扩展器都有一个唯一的MAC地址和网络名称（SSID）。开箱即用的最新DJI无人机可以在5英里（8公里）范围内飞行。来自其他顶级制造商的较旧无人机无法像DJI无人机那样飞行。但是，诸如范围扩展器之类的产品非常受欢迎，它可以进一步扩大距离。

具有地面站功能的智能手机应用

如今，大多数无人机都可以通过遥控器或智能手机应用程序进行飞行，这些应用程序可以从Google Play或Apple Store下载。该应用程序可以完全控制无人机。

每个制造商将拥有自己的应用程序，例如DJI的Go 4应用程序。

无人机携带的高性能相机

DJI，Walkera，Yuneec和其他制造商提供的最新无人机现在包括相机，它们可以拍摄4k视频胶片，并且可以拍摄12百万像素的静止图像。

较早的无人机使用的相机并不完全适合航拍。由于广角镜头，这些空中拍摄会产生镜筒失真。但是，最新的4k视频无人机（例如DJI Mavic系列，DJI Inspire 1，Phantom 3 Professional和Phantom 4）具有专门为航空摄影和摄影设计的相机。进行DJI Zenmuse X7相机安装的DJI Inspire 2是最适合专业空中拍摄的无人机。与Zenmuse X7相机一起使用时，Inspire 2图像处理系统CineCore 2.1可以在CinemaDNG / RAW中录制高达6k的视频，在Apple ProRes中录制高达5.2k的视频。

Inspire 2由好莱坞制片人使用。实际上，Inspire 2在一部名为The Circle的短片中以电影般的品质拍摄了所有的空中和地面照片。

无人机与变焦相机

在2016年，2017年和2018年，许多具有光学和数字变焦功能的集成式云台进入了市场。

大疆创新发布了Zenmuse Z3，这是一款集成式航拍相机，针对静态摄影进行了优化。Zenmuse Z3具有由3.5倍光学镜头和2倍数字无损变焦镜头组成的7倍变焦，可创建22至77 mm等效焦距范围，非常适合工业应用。

2016年10月，大疆创新发布了Zenmuse Z30相机。这款功能强大的Zenmuse Z30是一款集成式航拍相机，具有30倍光学变焦和6倍数码变焦，总放大倍率可达180倍。

这允许更多的工业用途，例如检查蜂窝塔或风力涡轮机，以非常详细地查看结构，电线，模块和组件以检测损坏。Zenmuse与DJI Matrice系列无人机兼容。

Walkera Voyager 4配备了令人难以置信的18倍变焦相机。Voyager 4上的18倍光学变焦相机可进行360度全景拍摄。它可以每秒30帧的速度拍摄4k影片。高清晰度图像传输系统使用3轴无刷稳定云台技术。Walkera还发布了最新的Voyager 5。它具有令人难以置信的30倍光学变焦相机。Voyager 5包括冗余系统，例如双GPS，双陀螺仪和3电池系统。它还具有可选的红外热像仪和微光夜视摄像机。

无人机云台和倾斜控制

云台技术对于捕获高质量的航空照片，胶片或3D图像至关重要。万向架允许摄像机在飞行中倾斜，从而形成独特的角度。更重要的是，云台可减少相机震动。这些主要是具有2种工作模式的3轴稳定万向节。非FPV模式和FPV模式。几乎所有最新的无人机都集成了云台和摄像头。空中万向节技术的领导者是DJI及其Zenmuse系列。您可以在此处进一步阅读无人机万向架设计。

摄影无人机无人机

在CES 2017上，一家名为Ambarella的公司宣布了用于无人机摄像头的H22芯片。该H22芯片可让相机拍摄4k HD视频，并具有电子防抖功能，从而消除了相机的万向架。

带有传感器的无人机使用传感器融合创建3D地图和模型

激光雷达，多光谱和摄影测量传感器正在用于构建建筑物和景观的3D模型。无人机使用低光夜视和热力视觉传感器扫描建筑物和景观，以协助农业，消防，搜救。

无人机可以使用软件将数据组合在一起的软件来携带不同的传感器，以获得更好的结果。该技术称为传感器融合，其工作原理如下：

传感器融合是一种软件，可以智能地组合来自多个不同传感器（例如热像仪和常规RGB相机传感器）的数据，以提高应用程序或系统性能。组合来自多个传感器的数据可纠正来自各个传感器的错误，以计算出准确的位置和方向信息。

例如，无人机上的多光谱传感器可以创建陆地区域的数字高程图（DEMS），以提供有关农作物，花卉，动植物，灌木和树木的健康状况的精确数据。

2016年，使用飞行时间（ToF）传感器的无人机投放市场。ToF传感器（也称为“闪光激光雷达”）可以单独使用，也可以与RGB和常规激光雷达传感器一起使用，以提供跨部门的各种解决方案。ToF深度测距相机传感器可用于物体扫描，室内导航，避障，手势识别，跟踪物体，测量体积，反应高度仪，3D摄影，增强现实游戏等。

闪光激光雷达飞行时间相机比其他技术具有巨大优势，因为它能够在单次拍摄中测量到整个场景中物体的距离。

对于激光雷达和摄影测量制图，使用航路点导航，将无人机编程为自动飞越某个区域。无人机上的相机将以0.5或1秒的间隔拍摄照片。然后，使用专门的摄影测量软件将这些照片缝合在一起，以创建3D图像。

DroneDeploy是3D制图软件创建的领导者之一。他们的移动应用程序和实时地图正在各个领域用于创建3D地图和模型。他们为农业部门提供了专门的解决方案，其软件可与大多数最新无人机一起使用。

在稳定的无人机上捕获高分辨率图像非常重要。同样重要的是，使用顶级摄影测量软件将图像处理成真实的地图和模型。一些顶级的无人机绘图软件如下：

1、DroneDeploy 3D Mapping Solutions.

2、Pix4D Mapper Photogrammetry Software.

3、AutoDesk ReCap Photogrammetry Software.

4、Maps Made Easy – Orthophoto and 3D Models.

5、3DF Zephyr Photogrammetry Software.

6、Agisoft PhotoScan Photogrammetry Software.

7、PrecisionHawk Precision Mapper / Viewer.

8、Open Drone Map.

9、ESRI Drone2Map For ArcGIS.

您可以在有关3D地图的最佳摄影测量软件的文章中阅读有关上述无人机地图绘制软件的评论。

无人机防丢套件

帮助稳定器和相机保持与无人飞机的连接。

无人机视频编辑软件

拥有高质量的视频软件对于后期处理至关重要。大多数最新的无人机都可以用Adobe DNG raw进行拍摄，这意味着所有原始图像信息都将保留以供以后处理。

无人机技术中的操作系统

大多数无人驾驶飞机使用Linux和一些MS Windows。Linux基金会在2014年启动了一个名为Dronecode项目的项目。

该Dronecode项目是一个开源的，这使由Linux基金会管辖的非营利性结构下一起现有和未来的开源无人机项目合作项目。结果是为无人机提供了一个通用的共享开源平台。

无人机安全与黑客

无人机在某些方面就像飞行计算机。借助带有可编程代码的操作系统，飞行控制器和主板，它们也可以被入侵。无人机的开发旨在四处寻找其他无人机，并侵入无人机无线网络，断开所有者的连接并接管该无人机。但是，有一些实用的方法可以保护您的无人机免受黑客攻击。

最新的创新技术无人机

大疆在消费和专业无人机市场上拥有巨大的指挥权。以下是具有专利技术的最新先进无人机；

Skydio 2 –价格范围内最好的追踪无人机之一。

DJI Mavic Mini–市场上最好的微型无人机。重量仅为249克（8.78盎司），可以2.7k拍摄（2720×1530，/ 25 / 30p）。

DJI Mavic 2 – Pro和Zoom型号可用。两者都具有4k摄像头，并且在所有侧面均具有防撞功能。

DJI Mavic 2 Enterprise（M2E）–变焦或热像仪型号。包括特殊配件，例如信标，聚光灯和扬声器。专为搜救或类似工作而设计。

DJI Mavic Air –这是小型专业无人机。它具有4k摄像头，飞行非常稳定。具有避免碰撞的功能。它还可以使用手势飞行并具有面部识别技术。

DJI Phantom 4 Pro –具有“视觉”防撞技术。多用途无人机，包括4k空中摄影，摄影和摄影测量。

DJI Inspire 2 –专利设计和电机。多用途无人机，用于专业5k空中拍摄，摄影，摄影测量，多光谱和热成像。

Yuneec Typhoon H Pro –使用获得专利的英特尔“ Realsense”防撞技术。非常适合专业的航空摄影和摄影。

Walkera Voyager 5 – Walkera的最新无人机非常棒。摄像头选项包括30倍光学变焦，红外热像仪以及微光夜视摄像头。

Walkera Vitus Starlight – Walkera的最新小型消费级无人机，具有防撞传感器和低光夜视摄像头。

DJI Matrice 600–这是一款商用多旋翼飞机，是一款真正的航空摄影平台，可以选择安装7种不同的Zenmuse相机。

DJI Matrice 200商业四轴飞行器–具有双电池，IMU和卫星导航系统的冗余。您可以在四轴飞行器下安装2个摄像机（例如，热成像摄像机和变焦摄像机）。同样，在Matrice 200的顶部安装一个摄像头，这使得对桥梁的测量变得非常容易。使用ToF激光，超声波和视觉传感器，Matrice 200具有6个避免碰撞的方向。

无人机智能飞行系统

所有这些最新的无人机都具有智能的飞行控制器和模式，例如“跟随我”，“主动跟踪”，“航点”，“返航”等。DJI的Phantom 4 Pro具有无人机中最自主的智能飞行模式。Phantom 4 Pro具有以下智能飞行模式；

1、活动轨道（轮廓，聚光灯，圆形）。

2、绘制航点。

3、TapFly。

4、地形追踪模式。

5、三脚架模式。

6、手势模式。

7、S模式（运动）。

8、P模式（位置）。

9、A模式（态度）。

10、初学者模式。

11、课程锁定。

12、回家锁。

13、避障。

无人机追踪

最令人兴奋的无人机技术之一是具有跟踪对象（人，车辆，船）的能力，尤其是在户外运动领域，例如跑步，骑自行车，滑雪等。最新的具有出色跟踪能力的无人机是Mavic 2，还有最新的Skydio 2可以很好地跟踪，以至于它永远不会与正在跟踪的对象失去联系。

这些无人机使用其视觉系统，检测传感器，GNSS系统，飞行控制器，中央处理系统和特定软件，能够以100个精度跟踪其目标。

追踪无人机有多种技术，您可以在此处进一步了解无人机及其追踪系统的最佳跟踪。

无人机用途

无人机有很多很棒的用途。当您安装摄像头或传感器（如LiDAR，Thermal，ToF或Multispectral）时，无人机的使用范围会不断扩大。这是无人机的绝佳清单。

在未来几年中，无人驾驶飞机将改变我们的城市，彻底改变人们的出行方式，货物交付方式以及建筑物的外观和建造方式。

学习建造和编码无人机

有很棒的无人机，无人机套件以及在线资料，向您展示如何构建和编码无人机。有许多编程语言非常容易学习，例如Scratch，Swift，Blockly和Tynker可以为无人机编码。您还可以使用基于文本的语言（例如Python和JavaScript）对无人机进行编程。有多种应用程序，可让您配置无人机组件，例如IMU的校准和无人机马达的旋转。

这些教育无人机的价格非常合理，并且具备建造和编码无人机的一切条件。您可以在此处了解这些顶级教育无人机。

军用无人机

目前正在使用的两种中型军用无人机是MQ-1B Predator和MQ-9 Reaper。这些在阿富汗和巴基斯坦被广泛使用。无人机技术最昂贵，最昂贵的是诺斯罗普·格鲁曼公司，雷神公司和L3 Comm公司生产的RQ-4 Global Hawk。它的价格约为1亿美元。RQ-4全球鹰是一种高空，持久耐用的无人机系统，带有集成传感器套件，可在全球范围内提供情报，监视和侦察（ISR）功能。

无人机技术及其在日常生活中的使用使我着迷，该技术可帮助挽救生命，以进行搜寻和救援，许多行业的现场勘测，航空摄影或只是业余爱好者的娱乐。直到几年前，军用无人机的许多技术都进入了消费者和商业无人机。在过去的几年中，我们看到了对无人机的大量投资，尤其是在商业和消费无人机领域。无人机技术和创新在过去几年中确实实现了飞跃。