无人机技术在无线电频谱监测中的应用初探--《中国无线电》2015年11期
无人机技术在无线电频谱监测中的应用初探
【摘要】：无人机的出现,为无线电管理者带来了全新的视角。以往,无线电监测基本上是在二维空间进行,而利用无人机技术可以将无线电监测的视角扩展到三维空间。本文对无人机在无线电监测中的应用进行了初步探讨,并介绍了一种利用无人机技术进行无线电频谱监测的产品和应用。
【作者单位】：
【分类号】：TN98;V279【正文快照】：
0前言随着无线电技术的迅速发展,空中无线电波纵横交错,电磁环境日益恶化。目前,在一定高度的空中经常出现不明无线电信号,地面又无法查获,作为无线电管理者将面临无可奈何的困境,如何对鞭长莫及的高空无线电波进行空中监测,是本文探讨的课题。人们的活动空间早已从二维平面进
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无人机无线通信技术解决方案
来源：互联网 作者：佚名日 15:30
[导读] 北京欧远致科技有限公司，通过自行研发成产而成的无人机无线视频通信传输系统，该系统采用先进的COFDM（信道编码的正交频分复用）全数字调制解调技术及MPEG2/MPEG4数字压缩编码技术，其多载波等技术特点，抗多径能力强，具备“非视距”、“绕射”传输特点和良好穿透能力，能够满足无人机无线通信任务。
　　无人机作为空中机器人，在军事上可用与侦查、监视等，在民用 上可用于大地测量、摇感等，主要希望能获得高分辨率、能描述物体集合形态的二位或三维图像，但是高分辨率图像数据量相当大，而且随着地面分辨率提高，需要传输的图像数据量呈几何级数增长，数据码数率也迅速增长，因此，图像的高速传输已经成为制约无人机应用的重要问题。
　　北京欧远致科技有限公司，通过自行研发成产而成的无人机无线视频通信传输系统，该系统采用先进的COFDM（信道编码的正交频分复用）全数字调制解调技术及MPEG2/MPEG4数字压缩编码技术，其多载波等技术特点，抗多径能力强，具备&非视距&、&绕射&传输特点和良好穿透能力，能够满足无人机无线通信任务。
　　客户需求：采用COFDM调制方式功率控制在500mw-1w、距离能够满足3km 整机重量不超过500g、输出接口采用AV / BNC 频率选定在公安频率（336-344MHz）并可宽限到300-800MHz，带宽可调 视频压缩格式为H.264或MPEG-2/4 支持高速移动，移动速度&70km/h 延时& 200ms
　　设计特点
　　A.体积小巧：发射机体积小巧，重量轻，能够减少无人机承载压力，有易于无人机空中任务完成。
　　B.可靠性高：系统采用先进的COFDM调制技术，抗干扰能力非常强，同时采用256位AES加密技术，能够有效的防止干扰和窃听。
　　C.易用性强：采用高科技手段，进行智能化设计，尽量减少系统操作的复杂性，并作到系统工作稳定可靠，维护简单。
　　D.传输距离远：系统功率控制在1W以内，利用无人机飞行高度，能够保障传输距离在3公里以上，同时系统有较强的绕射能力和穿透能力，能够应对建筑物阻挡问题。
　　E.传输图像清晰：系统采用最新H.264/MPEG-2/4压缩方式，所传视频能够达到D1效果，使无人机所拍的图像清晰展现至用户面前。
　　方案设计
　　根据用户需求本方案设计效果图如下;
　　无人机上安装有视频采集设备、无线图像发射机、电池等。将无线图像发射机与电池固定在无人机底部，运用-3馈线将发射天线垂直安装在机尾（也可根据用户需求进行安装）。将无人机视频源与发射机连接，使其形成完整的无人机无线视频发射系统。
　　无人机无线视频发射机发射的信号通过地面无线图像接收平台接收，接收平台可以清晰的将无人机采集到的图像显示在显示屏幕上，也可通过平台外接口将视频信号传至其他显示/存储设备上。同时地面接收平台可内嵌网络传输模块，将视频信号运用网络传输方式，传至后端中心站。
　　ORANGE系列产品技术优势 ORANGE系列产品采用先进的COFDM（信道编码的正交频分复用）全数字调制解调技术及MPEG2/MPEG4/H.264数字压缩编码技术，具备以下特点： 具备&非视距&、&绕射&和良好穿透能力 COFDM调制技术具备多径分集能力，抗多径干扰能力强，具备&非视距&、&绕射&传输特点和良好穿透能力，适应在城区、山地、建筑物内外等不能通视及有阻挡的环境中应用。
　　高速移动性
　　产品以车辆/飞机/轮船为载体，适用于高速移动中传输图像/语音/数据信号，最高移动时速达到380km时保持信号畅通连续。
　　传输距离远
　　产品接收灵敏度高，传输距离远。车载设备利用全向天线通视条件下传输距离可达100公里（城市环境中车载--中心传输距离为10-30Km） ；单兵设备利用全向天线通视条件下传输距离可达40公里（城市环境中单兵--车传输距离为1-5Km ）；机载微型设备在通视条件下传输距离可达10公里（城市环境中机载设备--地面接收站距离为3-8公里）。
　　高清画质
　　产品采用MPGE2/4和H.264三种编码，通过按键/软件切换编码模式，实现了在高信道带宽中传输MPGE2编码数据，在窄带中传输H.264编码数据，一机多用，传输图像质量可达到高清晰图像效果，即使在指挥中心的大尺寸显示屏上同样清晰、流畅、色彩鲜亮。
　　AES加密
　　传输信号采用国际标准256位AES加密技术，对TS流进行加密，具备很高的保密性，任何人在不知道密钥的情况下无法接收到信号，避免非法接收。
　　传输速率可调
　　产品具备传输速率可调功能，通常调整范围是原有速率的2倍，即在频率资源匮乏的情况下，需要压缩传输的信道带宽时，通过调整传输速率仍然可以使图像达到D1画质（图像分辨率可达到576&720或480&720）。
　　频率可调
　　产品在出厂时设定八个可调频点，设备工作中心频点可以上下调动&4MHz，该功能有效地解决了在使用过程中遇到同频带来的干扰，保证了用户在紧急情况下的正常使用。
　　功率可调
　　用户可根据现场无线环境情况和需要传输距离的远近，随时调整设备输出功率，达到节约用电，提高电池供电时间、有效延长产品使用寿命。 带宽可调 产品1-8MHz八个带宽可调，通过手动按键可根据现场需求谁是调整信道带宽，满足客户不同的应用环境。
　　GPS数据模块（选配）
　　发射机可嵌入GPS数据模块，利用地图软件可实现在接收端显示前端位置信息。
　　多接口输出
　　接收设备可提供标准AV音视频接口、以太网标准接口、E1数据接口、USB接口以及辅助数据接口（RS232）。
　　易操作性
　　产品采用集成化设计，操作按键直观明了，接插件灵活搭配，使任何无相关技术背景的人在经过简单培训之后，能够迅速掌握产品的操作，在很短时间内之内让产品投入正常工作，从而提高其应变能力。
　　产品介绍
　　根据用户提供的技术要求我们见意您使用机载微型发射机和便携式一体接收机，如下图所示；
　　机载微型发射机外观图
　　发射天线
　　&Orange机载微型发射机&采用超微型模块外观设计，具有体积小（100mm&55mm&23mm）、重量轻（260g）、功耗低（＜10W）、灵敏度高（-108db）、安装灵活等特点，它集小型天线、微型功放、数字调制、视音频数字压缩于一体，可用于现场高清晰图像传输，通视条件下传输距离可达10公里以上。广泛的应用在公安、部队、应急、资源勘探、广播电视等行业中的军事侦察、无人侦察机、机器人侦查、新闻媒体摄像机、技术侦察、消防救灾等行动。
　　便携式一体接收机
　　接收天线
　　&Orange便携式一体接收机&采用专业防潮箱外形结构，适合野外安装使用，设备采用交流、直流两种供电方式。集液晶显示、电池供电、录像存储（定制）、网络传输（定制）、各种外接口与一体，具有在野外、室内任何地点即开即用的优势，操作简单、功能齐全，配合我公司无线发射前段使用，是公安、武警、军队、地质灾害、消防等部门用于现场侦查的良好工具。设备提供多种接口：包括标准音视频接口（ＢＮＣ、莲花头）、以太网接口（10/100BASE-T自适应），RS232数据接口。预留GPS数据接口和双向语音业务接口。
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电信与信息服务业务经营许可证：粤B2-慎用或禁用无线电干扰手段对付“黑飞”无人机
来源：中国民航网 16:21:00
近年来，无人机违规飞行干扰民航机场运行事件频发。据《中国民航报》5月23日的报道（“无人机‘黑飞’扰航当休矣”），自今年4月以来，此类事件更是密集发生，对民航旅客生命财产安全和民航正常运行构成严重威胁。4月，全国5个机场累计发生13起无人机飞行影响飞行安全事件，造成288个航班返航、备降、等待或取消。5月首周，国内又发生了4起民航机场受无人机干扰事件。从5月12日19时开始，重庆机场屡遭无人机干扰，共造成200多个航班备降、取消或延误。
随着消费级无人机的普及，无人机管控对世界各国来说都是难题。数据表明，2014年至2015年，各国共发生无人机与民用航空器危险接近事件327起。2015年8月至2016年9月，美国联邦航空管理局收到无人机接近有人驾驶航空器事件报告竟高达1857起。
-25日，第八届中国卫星导航学术年会在上海举行，我应邀做了题为“卫星导航自适应干扰抑制技术研究新进展”的特邀报告，主要针对如何解决全球导航卫星系统（GNSS）面临的无线电干扰问题，相关研究成果已经作为国内第一本相关专著出版，并即将在国外出版。会议期间在参观各厂商产品展览时，却发现不少用无线电干扰来对付“黑飞”无人机的产品，包括用于干扰无人机上的GPS或北斗导航定位系统、上行遥控数据通信链和下行遥测图像通信链等，干扰手段包括压制性干扰和欺骗式干扰，有全向干扰也有定向干扰。我对于这种用无线电干扰来对付“黑飞”无人机的技术的发展和使用深感忧虑，感觉这是用非法手段对付非法行为，对于将来民航治理无线电干扰这个老大难问题会带来非常负面的影响。
全球导航卫星系统（GNSS）的应用几乎无所不在，只要人能够想到的地方都可能找到其应用，包括空中、海上和地面运输与管理，智能电网，电讯系统，移动手机定位，智能载运工具，勘探测绘，罪犯跟踪，应急救援，疾病控制，捕鱼作业，石油勘探，精密农业，还有武器精密制导与打击等国防应用。GNSS像一个隐身技术，在背后默默无闻地支持着以上应用，并且为许多与国计民生关系密切的重要基础设施提供了支撑，如智能电网（授时服务）、银行运行（授时服务）、交通运输系统（定位和授时服务）和通信系统（定位和授时服务）。
由于导航卫星离地面20 000～30 000km，卫星信号非常微弱（相当于22 000km外50W左右灯泡的功率），通常比噪声还低20dB以上，极容易受到各种恶意和无意的干扰。无意识干扰包括多径干扰、射频干扰、航空无线电保护频段内DME和TACAN设备产生的脉冲干扰、电离层闪烁、太阳无线电脉冲干扰等。恶意干扰包括大功率压制式干扰和欺骗式干扰。压制性干扰将导致接收机失锁。欺骗式干扰利用GNSS民用信号的公开透明性和可预测性，产生与卫星信号极其相似的干扰信号，更具有隐蔽性，危害更大，可以在用户不知道的情况下，产生定位和授时错误，甚至达到控制目标接收机的目的。由于各种干扰的存在，使得GNSS不能安全和可靠地提供服务。
2011年11月，发生了一起让全世界震惊的事件，美国中央情报局（CIA）的一架侦查无人机被伊朗捕获，只是起落架有点小损伤，估计是降落引起的。至今原因没有公布。伊朗的工程师声称，他们是先干扰了美国无人机操作员和飞机之间的通信链路，导致无人机切换到自动驾驶模式，仅依赖飞机上的GPS设备将其导回到其阿富汗的基地。当飞机处于此工作模式时，伊朗工程师说他们利用欺骗式干扰将飞机诱捕到伊朗。美国的一些专家认为，伊朗工程师的说法值得怀疑，因为CIA的无人机一般使用军用编码，难以被欺骗。但是，专家们设想了以下情景，伊朗方面同时使用压制性干扰和欺骗式干扰分别干扰了GPS的军用和民用信号，无人机被设置为在军用信号被干扰时退回使用民用信号来导航的模式。无论何种解释，似乎无人机同时受到了压制式和欺骗式的恶意干扰。2001年，美国运输部评估了GPS的脆弱性对交通运输设施的影响，并首次表达了对于欺骗式干扰威胁的担忧。2008年，研究者演示了通过从一般商店购买元器件，利用软件无线电技术搭建的低成本欺骗式干扰设备，可以生成欺骗式干扰信号。受美国国土安全部的邀请，2012年6月，Todd Humphreys教授领导的无线电导航实验室开展了2项公开的测试研究，评估欺骗式干扰对于民用无人机（将来要融入国家空域系统）和智能电网的影响，结果表明，它们都很容易受到欺骗式干扰的影响。2013年7月，该实验室还通过现场实验，用欺骗式干扰成功地控制了一艘船偏离航线。2016年1月，美国总统奥巴马在发表最后一次国情咨询前几个小时，美国海军两艘小型巡逻艇和10名水兵在海湾地区被伊朗革命卫队扣押，估计是采用了类似的干扰措施诱导巡逻艇到指定地方。
以上事件表明，GNSS的稳健性和安全性面临很大的挑战。美国国土安全部下设了科学与技术局，专门评估压制性干扰和欺骗式干扰的影响，研究抗干扰措施，并为关键设施保护提供最好的实践手段。2014年6月，前美国国防部长Ashton Carter表示对于缺乏稳健的PNT（定位导航授时）表示悲痛。美国一个政府高级官员甚至声称：“GPS如此脆弱，我们应该用新的惯导设备加芯片级的原子钟来替代它”。据悉，美国正在评估各种可能与GPS互补的替代PNT方案，希望通过集成融合，提高GPS的稳健性和安全性。
GNSS中的干扰监测和抑制引起了全球的高度关注。2011年，国际全球导航卫星系统委员会（ICG）推动设立了专门的干扰检测与抑制（IDM）论坛，2012年首届会议在奥地利联合国维也纳国际会议中心召开，主要讨论不同GNSS系统之间的兼容互操作和干扰监测与抑制问题，迄今已经连续召开了5届。
民航空管等很多设备严重依赖于GPS或北斗的授时和导航定位功能，所以这些设备对于无线电干扰非常敏感。无人机管控、通航安全监管和无线电干扰（或机场净空）是威胁民航安全的三个老大难问题。用无线电干扰手段可以对付无人机本身也表明，民航飞机对于无线电干扰也同样脆弱。我们在用干扰手段对付无人机防止它和民航飞机危险接近的同时，它对于民航协同空管系统同时构成了威胁，这种威胁是无线电干扰带来的，其实安全问题并没有解决，只是转变了形式而已。干扰手段的不恰当使用未来将对民航安全带来严重威胁，可能被用于恐怖袭击，因为开发干扰无人机产品的同时会培养很多掌握这种干扰对抗技术的人，尤其是智能欺骗式干扰的开发者。虽然这些产品都限定了作用范围，但技术人员很容易改变发功率扩大干扰范围。
除了民航之外，很多关乎国计民生的重要基础设施，比如移动通信网络、智能电网、金融系统等都用到了GNSS的PVT功能，它们对于无线电干扰都极其敏感。机场数量有限且位置公开已知，但这些系统背后所使用的GNSS设备可能分布更广，且设备位置未知，更容易成为无辜的受害者。
美国是很早关注和评估无线电干扰对于GPS影响并积极研究抗干扰措施的国家，也是最早的受害者（无人机和巡逻艇被伊朗捕获），目前受无人机的影响也很大，为何他们不积极发展用干扰手段对付民用无人机？我建议，民航局和国家有关部门尽快认真评估干扰手段对于民航安全和其他重要基础设施运行安全的影响，要慎用或禁止使用非法产品，并做好相关科普工作，宣介无线电干扰对于民航安全的危害。（中国民航网智库专家 吴仁彪& ）
责任编辑：李海燕漫谈无人机及其关键技术（民用类）
文 | 传感器技术（WW_CGQJS）
无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，主要是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。
无人机的起源
无人机最早是在20世纪20年代出现的，1914年第一次世界大战中有人研制一种不用人驾驶，而用无线电操纵的小型飞机。现代战争是推动无人机发展的基本动力。世界第一架无人机诞生于1917年，而无人机真正投入作战始于越南战争，主要用于战场侦察。
1982年以色列与叙利亚在贝卡谷战争中，以色列使用无人机进行侦察、干扰、诱敌，无人机的作用再次被重视和开发。
1991年初的海湾战争中无人机已成为 “必须有”的战场能力，六套先锋无人机系统参战。提供了高品质、近实时、全天时的侦察、监视、目标捕获、拦截和战损评估。
科索沃战争是历次战争中使用无人机架次最多的一次，也是发挥作用最大的一次。
1995年第一次俄罗斯车臣反恐战争和1999年第二次俄罗斯车臣反恐战争中，俄军使用了无人侦察机对战区进行侦察和监视，尤其在第二次车臣战争中，俄军的“蜜蜂”无人侦察机侦察了大量叛军资料，为俄军精确打击提供准确资料。
前述战争中，无人机担当的主要是侦察的角色，在阿富汗战争中，美国用“捕食者”作为载机，发射了“AGM-114C”“海尔法”空地导弹，首次在实战中实现了无人机发射导弹直接对地定点攻击，进一步发展了作战无人机的功能，也是对无人作战飞机的实战使用进行了验证，真正开始了无人化战争的起步。
无人机的种类
按功能无人机可以分为军用无人机和民用无人机两大类。
军用无人机又分为信息支援、信息对抗、火力打击三大类；而民用无人机包括检测巡视类无人机、通信中继类无人机、遥感绘制类无人机和时敏目标打击类无人机。本文重点讨论民用无人机系统。
从技术角度，民用无人机一般可以分为：无人固定翼机）、无人直升机、无人多旋翼飞行器等。
1、固定翼无人机：
优点：续航时间长、航程远、飞行速度快、飞行高度高、负载能力强
缺点：起降受场地限制、不能在空中悬停
2、直升机无人机
优点：载荷较大、可垂直起降、空中悬停、灵活性强
缺点：结构复杂、故障率高、维修成本高、续航时间短
3、多旋翼无人机
优点：操作灵活、结构简单、成本低、起降方便、可在空中悬停
缺点：续航时间短、负载能力弱、飞行速度慢
无人机主要硬件结构
一个高性能FPGA芯片就可以在无人机上实现双CPU的功能，以满足导航传感器的信息融合，实现无人飞行器的最优控制。
2、惯性传感器
伴随着应用加速计、陀螺仪、地磁传感器等设备广泛应用，MEMS惯性传感器开始大规模兴起，6轴、9轴的惯性传感器也逐渐取代了单个传感器，成本和功耗也进一步降低。
3、WIFI等无线通信
wifi等通信芯片用于控制和传输图像信息，通信传输速度和质量已经可以充分满足几百米的传输需求。
电池能量密度不断增加，使得无人机在保持较轻的重量下，续航时间能有25-30分钟，达到可以满足一些基本应用的程度，此外，太阳能电池技术使得高海拔无人机可持续飞行一周甚至更长时间。
安装、固定摄像机的支撑设备，它要保证无人机在各种环境下做到稳定拍摄。
6、飞机机体
包含螺旋桨、电机马达、机体外壳等
包括4K、3D、高像素摄像头等。
无人机主要系统
无人机系统主要由三部分组成，分别为飞行器平台、控制站与通讯链路。
飞行器平台：包括飞行机体结构、动力系统、飞控系统、导航系统、电气系统、通信系统；
控制站：包括显示系统、操纵系统；
通讯链路：包括机载通讯与地面通讯。
1、飞控系统
飞控系统是无人机的“驾驶员”，是无人机完成起飞、空中飞行、执行任务和返场回收等整个飞行过程的核心系统。
飞控一般包括传感器、机载计算机和伺服作动设备三大部分，实现的功能主要有无人机姿态稳定和控制、无人机任务设备管理和应急控制三大类。其中，机身大量装配的各种传感器(包括角速率、姿态、位置、加速度、高度和空速等)是飞控系统的基础，是保证飞机控制精度的关键。未来要求无人机传感器具有更高的探测精度、更高的分辨率，因此高端无人机传感器中大量应用了超光谱成像、合成孔径雷达、超高频穿透等新技术。
现有飞控系统是开源与闭源系统的结合。国内优秀的无人机厂商，为了提高系统的专业化，则大部分在开源系统的基础上演化出自己的闭源系统。相比开源系统，无人机厂商自身的闭源系统加入了许多优化算法、简化了调参与线束，变得更加简单易用。
2、导航系统
导航系统是无人机的“眼睛”，多技术结合是未来方向。
导航系统向无人机提供参考坐标系的位置、速度、飞行姿态，引导无人机按照指定航线飞行，相当于有人机系统中的领航员。
目前无人机所采用的导航技术主要有惯性导航、定位卫星导航、地形辅助导航、地磁导航、多普勒导航等。
无人机载导航系统主要分非自主(GPS等)和自主(惯性制导)两种，但分别有易受干扰和误差积累增大的缺点，而未来无人机的发展要求障碍回避、物资或武器投放、自动进场着陆等功能，需要高精度、高可靠性、高抗干扰性能，因此多种导航技术结合的“惯性 + 多传感器 +GPS+ 光电导航系统”将是未来发展的方向。
3、动力系统
目前民用工业无人机以油动为主，消费级无人机以电动为主。
不同用途的无人机对动力装置要求也不同。低速、中低空小型无人机倾向于活塞发动机，低速短距、垂直起降无人机倾向涡轴发动机，小型民用无人机则主要采用电动机、内燃机或喷气发动机。
涡轮有望逐步取代活塞，新能源发动机提升续航能力。
专业级无人机目前广泛采用的动力装置为活塞式发动机，但活塞式只适用于低速低空小型无人机。随着涡轮发动机推重比、寿命不断提高、油耗降低，涡轮将取代活塞成为无人机的主力动力机型。
太阳能、氢能等新能源电动机也有望为小型无人机提供更持久的动力。
4、数据链系统（通信系统）
数据链系统（通信系统）是无人机和控制站之间的桥梁，是无人机的真正价值所在。
上行通信链路主要负责地面站到无人机的遥控指令的发送和接收。
下行通信链路主要负责无人机到地面站的遥测数据、红外或电视图像的发送和接收。
普通无人机大多采用定制视距数据链，而中高空、长航时无人机则采用超视距卫星通信数据链。
现代数据链技术的发展推动者无人机数据链向着高速、宽带、保密、抗干扰的方向发展。随着机载传感器、定位的精细程度和执行任务的复杂程度不断上升，对数据链的带宽提出了很强的要求，未来随着机载高速处理器的突飞猛进，预计几年后现有射频数据链的传输速率将翻倍，未来可能还将出现激光通讯方式。
智能无人机的关键基础技术
无人机“视觉”技术
赋予无人机“智能”中关键技术之一是让无人机能够通过机器视觉感知周边的环境，并将结果转化为数据通过OS（操作系统）传给其他应用程序。
目前无人机领域主流的机器视觉硬件技术有：双目机器视觉、红外激光视觉、超声波辅助探测等方式。
1、双目机器视觉
双目机器视觉基于三角定位原理，与人眼对三维世界的还原原理类似，通过比较两个同向摄像头拍摄的画面中同一物体的视角差来确定距离，从而从二维图像中还原出三维世界的立体模型。
双目机器视觉仅需两个摄像头，但对计算能力的要求较高。
双目机器视觉的门槛不在于根据视角信息α、β和间距d解算距离L，而在于让计算机能够在画面中将物体从背景中“提取”出来。目前高通支持双目机器视觉的无人机参考设计使用旗舰芯片Snapdragon 801/820，可见其对计算能力的要求之高。
对人眼来说将一个物体从背景画面当中区分开来是一件很自然的事情，但对于计算机就不同了：同一景物在不同视点的摄像机图像平面上的成像会发生不同程度的扭曲和变形，要让计算机模糊分割出物体，图像分割算法需要做卷积/微分等大计算量运算；而无人机这种要求实时测距的场景下需要的总体计算性能就更高了。
2、红外激光视觉
为了规避计算机视觉中识别物体的大量计算以及提高精度，以Intel为代表的一批厂商使用了红外激光视觉技术，如Intel RealSense机器视觉模组。其基本原理见下图，其测距原理与双目视觉类似，但识别对象从物体替换成了打在物体表面的红外激光点。这样就从根本上消除了物体识别的计算需求。
红外激光视觉的必要代价是将两个摄像头替换为红外摄像头，并增加一个红外激光扫描器的硬件成本以及功耗。其中红外激光扫描器由一个红外激光发射器和MEMS扫描反射镜组成，整体增加的硬件成本较高。
除了对计算量要求小以外，红外激光机器视觉还具有两大优点： 相比双目，其应用时间与范围更广，可在暗夜和照明条件不好的室内使用；相比双目，其有着更高的测距精度，能够精确还原物体的三维数据。
3、超声波探测
超声波测障是一种较为成熟的技术，已广泛使用在军/民用多种应用场合之中。
超声波的优势在于能够有效识别玻璃，电线等双目视觉/红外激光视觉无法准备测距的物体。
缺点在于精度较差，只能用于探测障碍是否存在，无法提取精确空间信息用作路径规划。
定点悬停技术
消费级无人机的核心应用就是基于无人机的航拍功能，而航拍功能对无人机系统要求最高的技术指标就是飞行的稳定性。
悬停定位技术所采用的技术手段主要有几种：
1）GPS/IMU组合定位
2）超声波辅助定高
3）基于图像的光流定位技术
GPS/IMU定位技术
GPS/IMU定位的原理是较为传统和成熟的定位方法。
GPS可以测得无人机当前的水平位置和高度，飞控系统根据无人机位置和高度相对于悬停点的偏差对无人机进行补偿控制从而实现定点悬停。
然而，GPS信号更新较慢，而且GPS信号容易收到干扰，影响实际控制效果。因此工程实践中引入了飞行器的IMU信息与GPS信号进行滤波，得到更为精确和更新率更高的位置、高度信息，这种模式还可以保证在GPS失常时，仅依靠IMU提供应急位置高度信息，但是因为仅利用IMU信息进行位置高度解算时，解算结果容易发散，因此这种方法仅适合在空旷的户外进行悬停控制，而并不适宜在室内或有信号遮蔽的环境下使用。
超声波辅助定高技术
超声波测距传感器是一种较为成熟的测距传感器，能够根据超声波发出与返回的时间差，测得超声波传感器前的障碍物的距离，当无人机布置有下视超声波传感器时，可测得较为精确的距地面距离，从而辅助实现定高控制，但是超声波辅助定高对于水平位置的飘移控制起不到作用。
光流定位是采用图像传感器对传感器所捕捉的图像画面进行分析，间接解算得到自身位置、运动信息的一种技术。
随着图像处理算法的演进和图像处理硬件平台的发展，使得这种算法的精度和实时性得到保证，从而得以在无人机系统上得到应用。
光流定位是利用图像序列中像素在时间域上的变化以及相邻帧之间的相关性来找到上一帧跟当前帧之间存在的对应关系，从而计算出相邻帧之间物体的运动信息的一种方法。一般而言，光流是由于场景中前景目标本身的移动、相机的运动，或者两者的共同运动所产生的。
在无人机应用中，无人机机身加装对地的光流摄像头，根据所观测到的地面图像来进行定位的，其原理可通过下图进行理解：无人机在相对地面移动时，其对地观测镜头所拍摄到的画面会相对向反方向“移动”，根据无人机距离地面的高度（这也是光流传感器都与对地超声波传感器成对出现的原因）以及对地观测图像中像素移动的量，即可推算出无人机相对地面移动的距离。
当无人机采用光流定位技术实现自身位置确定后，即可采用通用的控制算法实现水平面和高度上的定位。目前所采用的光流技术，基本上可以实现室内环境的稳定悬停，但是随着时间的累积，仍然会有十几厘米到几十厘米范围的飘移。不过，这种低频率、小幅度的位置改变对于航拍来说，是可以接受的。
跟踪拍摄技术
对于航拍无人机来说，一个新的趋势是采用跟踪拍摄模式，即对无人机设置一个兴趣点，无人机则自动对兴趣点进行跟踪拍摄，这是无人机智能化的发展趋势。
目前的跟踪拍摄技术主要分为两种：
1）GPS跟踪；
2）图像跟踪。
GPS跟踪技术较为简单，即被跟踪者需手持遥控器，并获得自己当前位置的卫星定位信息，之后将此信息发送给无人机，无人机以接收到的目标位置作为目标，并进行导航。
GPS跟踪是一种比较初级的跟踪的方式，市场上大部分无人机均采用这种方式。
图像跟踪（包括脸部识别跟踪）
图像跟踪技术是无人机根据所设置的兴趣点的图像特征，完全根据图像信息完成目标的跟踪，这涉及到了对目标对象的图像识别、图像跟踪，尤其是在目标运动场景中，图像背景变化较、目标形态变化较大的情况下，对目标准确的跟踪需要运用到深度学习技术，是当前人工智能的一个热点研究方向。
自动避障技术
无人机的飞行安全一直是关系到无人机大规模商业应用的核心问题，如何感知到障碍物、并且自主的规避障碍物是无人机飞行安全领域最前沿的研究课题。
随着无人机的自主飞行、跟踪飞行的大规模商业应用，无人机在自主航拍、跟拍的过程中对自主避障的功能要求变得更加迫切。
目前主要采用3种不同的避障技术：
1）基于超声波探测的避障；
2）基于激光雷达的壁障技术；
3）Realsense单目+结构光探测避障。
超声波测距避障
这种技术类似于传统的倒车雷达系统，根据超声波探测，获知障碍物距离信息，然后采用相应策略避开障碍物，其特点是探测距离近，探测范围小，但是方法非常成熟，实现容易。
双目视觉避障
这种技术是基于双目视觉的图像景深重构方法，对视场内的景物进行景深重构，通过景深信息来判断视场内的障碍物情况，探测范围更广、距离更远，相应安全性更高，但是技术难度大，而且会受到光照强弱变化的影响。
基于激光雷达的避障技术
这种技术依靠的是无人汽车上应用较多的激光雷达技术对无人机周边的环境进行扫描，并进行地图建模。
Realsense单目+结构光探测避障
RealSense是Intel公司早先发布的视觉感知系统。它采用了“主动立体成像原理”，模仿了人眼的“视差原理”，通过打出一束红外光，以左红外传感器和右红外传感器追踪这束光的位置，然后用三角定位原理来计算出3D 图像中的“深度”信息。通过配有深度传感器和全1080p彩色镜头，能够精确识别手势动作、面部特征、前景和背景，进而让设备理解人的动作和情感。据Intel方面对外透露的数据，Realsense的有效测距可达10米。
无线图像传输技术
无人机航拍的核心技术之一就是无线图像传输，传输的能力大小是对无人机航拍能力衡量的一个重要因素。
无人机航拍技术
无人机航拍技术其实可以简单地按照字面的“无人机”+“航拍”拆分为2点：
1、影像拍摄技术，也即成像以及图像处理技术；比如像素数、光圈大小等，但是摄像头模组上影响成像质量的参数还有许多：单个像素尺寸、传感器技术、镜片组技术、ISP技术等。
2、无人机平台技术，主要指为航拍提供稳定的航拍环境的机身控制技术。
影像拍摄技术：目前市场上的影像拍摄方案，都是对几个大品牌主流的摄像头模组的集成应用，无人机生产厂商在这一方面没有太多的技术空间，而且因为技术发展已经比较成熟，不同产品方案之间差距并不大。
无人机机载平台稳定技术：是指除了飞行导航、控制等无人机自身飞行技术以外，为无人机实现稳定航拍平台保障的相关技术。这种技术是影响到成像质量最关键的因素。
稳定的拍摄平台的意义：
在拍摄视频时，画面的抖动、倾斜都会严重影响画面的流畅度和美观度；
在拍摄照片时，尤其是弱光情况下，如果曝光时间较长，机身的抖动会引起画面的模糊；若减少曝光时间，则需要提高感光度，噪点增多，影响画质。因此，机身的稳定对于拍摄来说至关重要。
影响机身稳定的主要因素：
按照当前四旋翼无人机的典型情况，可以将对于机身位置、姿态造成扰动的几个因素归结如下：
1、悬停定位不精确造成的水平位置以及高度的飘逸；
2、机体作动时的机身倾斜与抖动；
3、电机震动、突风等带来的干扰。对于不同类型的扰动，无人机系统上采取了不同的策略进行应对。
对于水平以及高度的飘移，在室外，也即GPS信号良好的情况下，无人机会主要根据GPS信号进行定位。但是限于民用GPS系统自身的精度有限且更新频率较低，单纯依靠GPS系统进行定位较为困难，通常无人机还会引入惯性模组进行组合定位。
当处于室内或者GPS信号接收受限的情况下，无人机系统还采用对地摄像头进行光流定位。光流定位是一项近年来兴起的基于图像的定位方式，在距离地面较近时，使用效果良好。
如果说位置的飘移属于慢动态的扰动，那么无人机机动时所引起的机体倾斜、抖动则是高频扰动因素，对于画面的影响十分显著。
当无人机需要进行位置移动时，四旋翼机身姿态必须做出较大调整，尤其是在机动刚发生时，机身姿态出现了40度的调整。
对于机身在水平方向移动时所带来的机体倾斜，以及机体作动时的抖动等干扰因素，对图像拍摄效果影响较大，必须通过挂载稳定云台抵消影响。
对于电机震动、突风扰动等因素，考虑到其属于较高频扰动，可采用空心橡胶球弹簧进行高频震动滤除，即可取得较好的效果。对于突风等干扰，由于其形式、大小均存在较大的随机性，很难保证完全消除影响，只能考虑结合云台、光流等多种形式对其影响进行抑制。
最后，不能忽略的一个技术是电子稳像技术。电子稳像技术是在不借助机械设备的前提下，通过传感器，感受机体运动，从而在显示画面上对图像进行剪裁、拼接的修正，从软件的角度，一定程度上实现了图像稳定的意图。
云台对于抑制机身的主动倾侧、被动干扰等影响航拍效果的扰动起到了重大作用。
一般说的机载云台通常都是三轴云台。如下图所示，三轴云台的“三轴”分为俯仰、偏航、滚转三个轴，也称三个自由度，分别有一个电机进行控制。也即摄像头在三自由度云台的框架上通过电机的控制，可以实现与无人机三个自由度的解耦（值无人机的：俯仰、偏航、滚转三个自由度），起到隔离、抵消无人机运动影响的作用。
三轴云台技术主要包含部分内容：1、运动敏感；2、抵消控制。
运动敏感：需要安装在最内层的摄像头部分能够感知到摄像头的姿态偏差。通常会安装一个三自由度陀螺仪。
抵消控制：即当敏感到摄像头要偏离设定的姿态（一般是水平状态）时，通过电机施加反向的运动，抵消运动变化。
从以上角度来看，传感器的精度、频率以及电机输出的精度、功率大小，控制算法的性能都对最终效果起到比较大的影响。不过从目前的产品技术来看，只要配备了三轴云台的无人机在航拍方面基本不存在太大使用感受上的区别。
单从功能上来说，比较关键的几个因素是1、云台与机身隔离度的高低；2、云台可控的角度范围；3、响应的快慢；4、精度的高低。
云台对于航拍的重要性
位移补偿：即使采取了较好的GPS+光流定位技术，无人机在定位悬停拍摄时，还是会出现较大幅度的飘移，幅度大概为0.3m左右，当发生位移后，画面中心会有那么为了进一步保证画面的稳定，就必须引入机械云台对画面进行稳定。
通过简单的几何计算可以看出，当相距被拍摄物体距离较近时，水平飘移对画面影响较大。但是当距离被拍摄物体较远时，影响较小。这时，仅需要云台偏转较小的度数既可修正画面偏移，使得被拍摄物体重新回到画面中心。
姿态补偿：相比于无人机位置的移动，无人机自身姿态的扰动对画面影响更为剧烈。当相距被拍摄物体距离较近或较远时，影响均较大。
超远程操控无人机技术
你可以坐在电脑前，然后只需轻点一下鼠标，便能够让无人机出动到达另一个领空甚至是国度。
原理其实很简单，整套系统需要有两个4G接入点，一个接入点在无人机上，另一个在控制器上。PC通过无线网络连接向无人机发出指令，控制无人机的飞行路线，同时无人机会将内置的摄像头拍摄的高清视频发送给用户，用户在监控周围环境的同时，可调整无人机的飞行路线。
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