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无人机是个整体，那么无人机由哪几部分组成呢？下面我们来具体讲解一下。
无人机的系统组成： ◆ 机架系统 ◆ 动力系统 ◆ 飞行控制系统 ◆ 遥控器和遥控接收机 ◆ 遥测链路数传系统 ◆ 导航系统 ◆ 地面站控制系统
首先通过一张图来看一下基础款飞机的配置：
机架系统
机架是指飞行器的机身架，是整个飞行系统的飞行载体。为了减轻飞行器机身重量，一般飞行器都会使用强度高重量轻的材料。常用的机架有F330、F450、F550、F650等。数字代表机架对角线的距离，单位是毫米（mm）。因此该数值越大，意味着机架尺寸越大，需要更大的动力系统，同时也可以承载更大的飞行载荷。机架有以下几个必要的部件。 中心板：采用碳纤材料，上面可安装不同的设备和器件，包括飞控模块、GPS模块等。 机臂：采用碳管材料，保证轻质牢固的特点。机臂一端固定在中心板上，另一端安装动力电机。 脚架：即飞行器的起落架，用于将飞行器垫起一定高度，可以提供降落缓冲，保障机体安全。
动力系统
动力系统是整个飞行器的飞行动力来源，它主要包含了电池电源、电子调速器（简称电调）、电机和桨叶。下面来分别介绍它们。 电池：由于电动多旋翼飞机上电机的工作电流非常大，需要采用能够支持高放电电流的动力可充电锂电池供电。
锂离子电池有以下几个参数: -- 电池容量：表示电池内存储的电量，单位为毫安时（mA·h），如1000mA·h的电池以1000mA放电的话，可持续1小时。 -- 放电倍率：决定了以多快的速度，将一定的能量存储到电池里，或者以多快的速度，将电池里的能量释放出来。放电倍率越快，所能支撑的时间越短。电池的容量1小时放电完毕，称为1C放电，5小时放电完毕，则称为1/5=0.2C放电。 -- xSyP：锂离子电池一般制作成标准的电芯，单颗电芯的电压为3.7~4.2V，成品锂离子电池都由若干电芯串联或者并联组合而成。锂离子电池型号一般表示为xSyP,x表示电池串联个数，y表示电池的并联个数，并联并不影响电压，但可提高更大的电流，一般默认为1P。
电子调速器：飞控板输出的PWM弱电信号无法直接驱动电机，需要通过电调最终控制电机的转速。电调的作用就是将多旋翼飞行控制单元的控制信号快速转变为电枢电压大小和电流的大小，以控制电机的转速。 电机：电动无人机的电机是将电能转换成机械能，带动旋翼旋转。电机的主要性能指标和参数有你以下几点： 尺寸：一般由4个数字表示，其中前两位是电机转子的直径，后两位是电机转子的高度。如2212电机表示电机转子的直径是22mm，电机转子的高度是12mm。 标称空载kv值：无刷电机款KV值定义为“转速/伏特”，表示电压增加1伏特，无刷电机空转转速增加的转速值。例如1000kv电机，外加1v电压，电机空转是每分钟转1000转；外加2v电压，电机空转为2000转。 螺旋桨：螺旋桨是通过自身旋转，将电机转动功率转化为动力的装置。在多旋翼飞行器上，为了抵消电机的反扭力矩，不同的轴旋转方向不同，相邻的两个轴的电机旋转方向相反，为了实现无论正反旋转都产生向上的升力的目的，需要配备不同旋转方向的螺旋桨。螺旋桨的型号一般由4位数字表示，前两位代表桨直径，单位为英寸，1英寸等于254mm，后两位代表桨叶螺距，螺距为螺旋桨的螺旋每旋转一周，向前推进的距离。例如1045桨，即表示直径为10英寸，螺距为4.5英寸。
飞行控制系统 无人旋翼机本身是一个不稳定的系统，在对系统没有任何输入控制的情况下，系统会逐渐发散导致不稳定，所以需要飞行控制系统来使飞行稳定。 飞行控制系统是飞行器的控制中枢，其核心是一个CPU，采用微处理器作为处理中枢，再通过串行总线扩展连接高精度传感器，主要由磁力计、陀螺仪、加速度计、气压计、GPS以及控制电路组成。实现了传统的IMU惯性测量单元的进行状态估计和姿态结算，同时实现一定的控制系统算法以及导航算法，按照一定的控制输入信号，实现精准的定位悬停和平稳飞行等运动。
遥控器和遥控接收机 无人机的遥控器和遥控接收机是遥控链路的重要组成部分，它负责将地面操控人员的控制指令传送到机载飞控上，以便飞控按照指令执行。 比例遥控发射电路的工作原理是通过操纵发射机上的手柄，采样电位器阻值的变化信息并送入编码电路。编码电路将其转换成一组脉冲编码信号，这组脉冲编码信号可以采用PPM调制信号或者PCM调制信号两种调制方式，然后再经过高频调制电路载波调制，再经过高频放大电路发射出去。 便携遥控器的通信链路射频由无线电管委员会管理和分配，占用可用的开放民用频段为72MHz、2.4GHz和5.8GHz。
遥测链路数传系统 无人机的遥测链路主要用于地面控制人员对无人机实时飞行状态的感知与定位。常用的“点对点”数传模块的机载端使用标准的TTL串行通信口与飞控系统连接，地面端模块使用USB接口与地面站计算机连接。射频频率为915MHz和433MHz两个频点，传输距离约100m，理想环境下可达800m。
导航系统 目前无人机上采用的导航系统技术主要包括惯性导航、卫星导航、多普勒导航、地形辅助导航以及地磁导航等。下面主要介绍惯性导航与卫星导航。 惯性导航：惯性导航是内部集成惯性测量单元作为敏感元器件的导航参数解算系统，它不依赖于GPS等外部定位信息，也不向外部发射能量。惯导系统的基本原理是基于牛顿力学定律和欧拉方程，通过测量载体在惯性参考系中的加速度和角速度信息，对这些数据进行时间积分，从而解算出载体在惯性参考系中的速度位置以及姿态角信息。 GNSS导航：全球卫星导航系统主要是基于天地的卫星导航系统通过四点定位和多普勒效应的原理来对地球上的卫星信号接收机提供精准的全球高精度定位服务。GNSS导航的优点是全天候、连续性高精度导航与定位能力。
地面控制系统 由于无人机的操控人员无法在机上监控飞行器的状态，只能在地面上监测无人机的飞行状态并控制其飞行任务，因此无人机地面站系统对地面操控人员来说就是无人飞行器重要的维护保障平台。它通过与无人飞行器建立空地双向通信链路，实现对机载系统的遥测与遥控。遥测通道主要负责实时监控飞行器的各种飞行状态和飞行数据，包含但不限于飞行器的姿态信息、速度信息、位置信息、传感器数据、飞行模式、图像采集信息、温度信息和各机载设备的健康信息等，同时还可以为地面人员提供指令输入接口，让操作人员可以向飞行器发送各种指令数据，包含飞行模式切换、起降指令、任务执行指令、甚至飞控参数调整指令等。
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发表于 2021-1-6 16:14:36