航拍无人机系统项目解决方案.docx

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航拍无人机系统项目解决方案

航拍无人机系统项目

解决方案

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。

、八—

刖言

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言息获取，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言息叠加于图传系统传回的图像上。

GPS模块

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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GPSE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300mP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-8软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）是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法，它既可采用伪距观测量也可采用相位观测量，大地测量或工程测量均应采用相位观测值进行相对定位。

GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。

如图所示，假设t时刻在地面待测点上安置GPS接收机，可以测定GPS言号到达接收机的时间厶t，再加上接收机所接收到的卫星星历等其它数据可以确定以下四个方程式。

12星2

［（%-x）2+（yi-yF+〔zi-2尸］】斗匚〔说亠说已i-咒尸十（72十〔乓-呼各说-佻）=力

［fe-直尸（Z3-Z）2］1各区说-%）=山

［（X4-x）2+（y4-疔+（Z4-Z）2応冶比

数据收发模块

FPV5.8G200mW400MWE线图传收发系统是一款专门为航模开发的8通道视频发射机，功率强劲，传输距离超群，具有很强的适应性，可支持3S锂电池动力电输入，同时可以给摄像头供电。

可以采用动力电的平衡端口供电。

发射机应用了大规模钽电容滤波电路，比传统的电解电容滤波有着不可比拟的精度和性能，经在普通飞机到电直上的安装实验。

图像100％还原，绝不会有电流波纹。

同时发射机内置了微型mic,做到了音频视频的同步传输，是航模用无线发射机领域的佼佼者。

发射机主要特点：

-5.8GHz视频/音频同步传输①①①①①①

-紧凑结构，体积小，发射功率大-采用大规模集成电路，可靠性高

-8个工作通道，DIP开关选择设置

-高可靠性、稳定性

-使用数字锁相环电路，无温飘现象

400mw的参数如下：

TS355

5.WG4

Modulate

WicebandFMModJlats

VideoFormat

NTSCPAL

Charactenstics

V^lluo

Unit*

Mtn.

iyp^

1

Oiitpirtlmp»danc«

50

—

OhTi

2

OutputPower

24,5

25.5

26,5

dBm

3

ChannelFrequency

CHI!

5705

MHz

CH2

5685

—

MH；

CH3

—

5665

—■

MHz

CH4

5645

MH£

CM3

—

MSBb

MHz

CHS

—

5905

——

MHz

CH7

-一一

5375

—

MH7

CH8

5M5

MHZ

4

OperatingVoltage

7.0

12

15

V

5

Supplycurrent

—

&50

mA

6

VOUTVoltage

VOUT=DCIN

V

数据采集模块

数据采集模块

USB2.0带音频的视频采集棒，它能够直接通过USB接口不需要声卡来采集高质量的视频和音频。

安装非常简单，不需要外接电源，可以用于电脑或者手提。

我们有附带专业的视频采集软件：

绘声绘影10.0版本，能够为你提供最好的编辑功能。

可以分享完成的短片在DVD磁带，网页，移动电话等装置。

可以支持VISTA/WINDOWOS标准USB2.0接口，最新技术USBAUDI。

立体声输入输出，输入接口有AV及S端子，可在台式机或手提电脑上观看电视、录像机、VCDDVD摄像机等设备输出的视频影像

详细规格：

◎支持USB2.0,无需打开机箱，支持热插拔，支持笔记本电脑

◎自行调整画面大小、最高分辨率可达720X576,24位真彩色

◎最新技术USBAUDIO立体声输入输出

◎图像亮度、对比度、饱和度、色度可自定义

◎可捕捉高品质动态及静态画面，采集画面顺畅不间断