伴隨科技的發(fā)展，面對(duì)人類無法勝任的高難度、高風(fēng)險(xiǎn)與高含量的任務(wù)。無人機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。它替代有人駕駛的飛機(jī)去執(zhí)行這些任務(wù)。無人機(jī)是一種有無線電來操控的設(shè)備，遂有人稱其為遙控駕駛航空器。它能夠趨于完美的利用人工智能、信號(hào)處理和自動(dòng)駕駛等精尖技術(shù)，并由于它具有體積小、無人駕駛和航程遠(yuǎn)等優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用，在自然環(huán)境考察、科普研究、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域、維護(hù)國(guó)家主權(quán)與公共衛(wèi)生安全等等許多方面都有所應(yīng)用。目前這種趨于多元化的應(yīng)用使得各國(guó)都加快探索、開發(fā)的步伐。
二、無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)實(shí)驗(yàn)室理論依據(jù)
在室內(nèi)環(huán)境下，由于GPS信號(hào)的接收限制，因此缺乏高精度的飛行定位方法。2010年，美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)GRASP實(shí)驗(yàn)室利用三維紅外運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)率先解決了室內(nèi)飛行定位的難題，這種方法精度高且穩(wěn)定可靠，受到國(guó)內(nèi)外的多旋翼無人機(jī)的研究機(jī)構(gòu)或?qū)I(yè)公司的特別關(guān)注，如瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院、北京航空航天大學(xué)、百度、大疆等。
此方案實(shí)現(xiàn)依據(jù)為：在每一架多旋翼無人機(jī)上布置被動(dòng)標(biāo)記點(diǎn)（近紅外光線下反光）或主動(dòng)標(biāo)記點(diǎn)（主動(dòng)發(fā)射近紅外光線），紅外運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)通過識(shí)別標(biāo)記點(diǎn)來認(rèn)知無人機(jī)，實(shí)時(shí)捕獲無人機(jī)飛行姿態(tài)和位置信息，從理論上說，對(duì)于三維空間中的一個(gè)點(diǎn)，只要這個(gè)點(diǎn)能同時(shí)為兩部攝像機(jī)所見，則根據(jù)同一時(shí)刻兩部攝像機(jī)所拍攝的圖像和對(duì)應(yīng)參數(shù)，可以確定這一時(shí)刻該點(diǎn)在三維空間里的位置信息。當(dāng)攝像機(jī)以足夠高的速率連續(xù)拍攝時(shí)，從圖像序列中就可以得到該點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。利用這個(gè)原理，通過對(duì)目標(biāo)物體上特定光點(diǎn)的監(jiān)視和跟蹤來完成運(yùn)動(dòng)捕捉的任務(wù)。
整個(gè)過程可簡(jiǎn)化為：計(jì)算機(jī)通過WIFI、藍(lán)牙或無線數(shù)傳等數(shù)據(jù)傳輸模塊輸出飛行控制指令給無人機(jī)，無人機(jī)接收到飛行指令后自主飛行。運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)實(shí)時(shí)捕捉到無人機(jī)的六自由度信息，并傳回控制計(jì)算機(jī)。控制計(jì)算機(jī)根據(jù)預(yù)設(shè)的飛行軌跡和實(shí)際的飛行軌跡的差別，修正飛行參數(shù)，并重新發(fā)送飛行控制指令給無人機(jī)，從而控制無人機(jī)高精度的、平穩(wěn)的、無偏差的飛行。
三、無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)實(shí)驗(yàn)室技術(shù)優(yōu)勢(shì)
相比于其他飛行定位的方案，三維紅外運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)擁有以下五點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：
1）室內(nèi)定位：室內(nèi)環(huán)境下沒有GPS信號(hào)，無人機(jī)無法定位；
2）高速：攝像機(jī)的拍攝速度在100FPS以上，能夠提供冗余的定位信息；
3）高精度：位置坐標(biāo)精確到0.1mm，姿態(tài)角精確到0.1°，遠(yuǎn)高于其他的定位方案；
4）魯棒性：跟蹤固定在無人機(jī)上的剛體，跟蹤數(shù)據(jù)幾乎不會(huì)丟失；
5）價(jià)格：自主編隊(duì)飛行的成本較低。
四、無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案
無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)背景
隨著多旋翼無人機(jī)及技術(shù)不斷發(fā)展，社會(huì)對(duì)多旋翼無人機(jī)技術(shù)人才的需求不斷增加，培訓(xùn)掌握多旋翼無人機(jī)技術(shù)、適應(yīng)時(shí)代需要的高素質(zhì)人才，成為高等院校未來發(fā)展的一項(xiàng)重要任務(wù)。
在多旋翼無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展過程中，根據(jù)操作方式可以分為：?jiǎn)稳藛螜C(jī)、單人多機(jī)。單架無人機(jī)采用先進(jìn)控制策略可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的高精度姿態(tài)控制，完成軌跡追蹤，但是多無人機(jī)編隊(duì)飛行執(zhí)行任務(wù)的成功率和抗突發(fā)事件的能力要比單架飛機(jī)飛行高。例如，在某次任務(wù)的執(zhí)行過程中，有一架飛機(jī)出現(xiàn)故障不能繼續(xù)工作，那么它可以返回進(jìn)行維修，而其余飛機(jī)仍舊按照原來的計(jì)劃保持編隊(duì)飛行，使任務(wù)得以圓滿完成。因此單人多機(jī)協(xié)同編隊(duì)，在軍事和民用應(yīng)用上越來越廣泛。
無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)目標(biāo)
多旋翼無人機(jī)編隊(duì)現(xiàn)在根據(jù)使用場(chǎng)景和技術(shù)可分為：室外編隊(duì)飛行和室內(nèi)編隊(duì)飛行。其中室內(nèi)編隊(duì)飛行它相對(duì)室外編隊(duì)飛行的特點(diǎn)有適用性強(qiáng)、成本低，對(duì)初學(xué)者友好等。學(xué)生在老師的指導(dǎo)下可完成無人機(jī)單體實(shí)訓(xùn)、多機(jī)編隊(duì)開發(fā)等。通過無人機(jī)編隊(duì)可鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力、開發(fā)能力、操作能力和編程能力，軟硬結(jié)合，提高學(xué)生就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。
學(xué)生通過無人機(jī)創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)室和實(shí)驗(yàn)教師的指導(dǎo)，從無人機(jī)入門到最后的編隊(duì)能手、維護(hù)組裝能手、編程能手，實(shí)現(xiàn)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力、開發(fā)能力和就業(yè)能力的提升。當(dāng)前無人機(jī)相關(guān)人才缺口很大，多旋翼無人機(jī)編隊(duì)系統(tǒng)的培養(yǎng)定向人才，為市場(chǎng)輸出高水平的人才。
中航恒拓成立于2014年7月，是中航無人機(jī)旗下一家專注于教育無人機(jī)解決方案及服務(wù)的專業(yè)提供商，針對(duì)中小學(xué)的無人機(jī)創(chuàng)客空間規(guī)劃建設(shè)、無人機(jī)創(chuàng)客教育培訓(xùn)、職業(yè)院校無人機(jī)實(shí)訓(xùn)方案建設(shè)、無人機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)搭建、無人機(jī)產(chǎn)教融合實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)等提供一站式解決方案。中航恒拓以教育實(shí)訓(xùn)解決方案及無人機(jī)飛行控制器系統(tǒng)的研發(fā)作為發(fā)展的核心，公司擁有一支技術(shù)水平一流的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，投入大量資金用于技術(shù)研發(fā)和實(shí)訓(xùn)室培訓(xùn)，隨著公司的不斷發(fā)展，公司的技術(shù)人才逐步增加，技術(shù)水平進(jìn)一步提高，不斷向更高層次邁進(jìn)。
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