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无人机教程系列:无人机为何偏爱多旋翼?

  动力技术

  ①新型电池。

  2015年,来自加拿大蒙特利尔的EnergyOr技术有限公司采用燃料电池的四旋翼进行了2小时12分钟续航飞行。2015年4月6日,科学权威期刊《自然》网络版刊登了一篇报道,一种铝电池仅需60秒便能让手机电力“满血复活”。此外,石墨烯、铝空气、纳米点这三项电池技术将成为未来电池世界的三大奇兵。这些新的电池技术有着十分迫切的需求,首先会被应用到手机和电动汽车,随后可配备多旋翼。

  ②混合动力。

  2015年,美国初创公司Top Flight Technologies开发出混合动力六旋翼无人机。它仅需要1加仑(约合3.78升)汽油便可以飞行两个半小时(可飞行约160公里),最高负重达20磅(约合9公斤)。

  ③地面供电。

  它采用地面供电,通过电缆将电能源源不断输送给多旋翼,例如Skysapience公司的Hoverlite。

  ④无线充电。

  来自德国柏林的初创公司 SkySense在无人机户外充电方面提供了一种解决方案,他们研发出一块可以为无人机进行无线充电的平板。SkySense的最大特点是可以进行远程控制,无人机的“降落—充电—起飞”全过程可以独立实现,不需要人为进行现场干预和辅助。如果能够缩短充电时间,那么无线充电技术将会极大地帮助多旋翼进行长途飞行。

  导航技术

  定位是导航中的关键技术,目前该领域发展迅速。

  ①GPS载波相位定位。

  来自美国的Swift Navigation公司基于该项技术开发的Piksi是一个低耗电、高性能的具备RTK功能的厘米级的GPS接收器。它的小型化、高更新率和低能耗的特点使得它非常适合集成到自动驾驶飞行器和便携的测量设备里。由日本东京海洋大学开发的RTKLIB开源项目(https://www.rtklib.com/)也在积极推动RTK技术发展。

  ②多信息源定位。

  英国军方BAE最近公布了他们研发的名为NAVSOP(Navigation via Signals of Opportunity)技术。该技术将利用包括TV、收音机、WiFi等信息进行定位,弥补GPS 的不足。

  ③UWB (Ultra Wideband,超宽带)无线定位。

  UWB信号具有低成本、抗多径干扰、穿透能力强的优势,因此适用于静止或者移动物体以及人的定位跟踪,提供十分精确的定位精度,静态精度可达10厘米。通过与惯性导航传感器融合,UWB可以提供更高的精度、更强的鲁棒性。

  对于多旋翼无人机,在飞行过程中,快速且准确地获取自身速度能有效地提高多旋翼控制的稳定性(提高阻尼),从而达到更好的悬停和操控效果,因此测速工作起到了十分重要的作用。比较精确的测速方案是通过“视觉(光流)+超声波+惯导”的融合。Ar.Drone是最早采用该项技术的多旋翼飞行器,它极大地提升了飞行器的可操控性。PX4自驾仪开源项目提供了开源的光流传感器PX4Flow。该传感器可以帮助多旋翼在无GPS情况下实现精确悬停。

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