2023年电网大作业

电网通信期末大作业学院：电气工程学院专业班级：电气1０－4班学号：姓名:艾科热木·巴图尔目录ＴＯC\ｏ"1-3"＼h＼uHYＰERLINK\l_Toc１２323电网通信期末大作业ﻩPAGEREF_Ｔoc12323１HＹPERＬINK\l_Toｃ8０５０无人机遥感技术ﻩPAＧEREF_Ｔoc80502HYPERLIＮK\l＿Toｃ25０７４1．前言 ＰAGＥＲEF_Toc250７42HYPEＲLINK＼l_Toc20５0６2系统的技术优势 PＡGEＲＥＦ＿Toc20５0６３ＨＹＰEＲLIＮK＼l_Toc286312.１重要优势 ＰAGEREF_Ｔｏc28６3１４ＨYPＥRLIＮK\ｌ_Toc28７８53.系统的组成ﻩPAＧＥREF_Toc２8７８５5１32783．1遥感设备及其控制系统 ＰAGEREＦ＿Toc132785ＨYPERLIＮK\ｌ＿Tｏc１12２0３．２无人驾驶飞行平台 PＡGEREF＿Toｃ112２0６HＹＰERＬＩNK＼l_Toc19０0３.3飞行控制系统 PAGEＲＥF_Ｔoc１９00６ＨYPERLINK\ｌ_Toc1９36８3.4无线电遥测遥控系统 PＡGERＥF＿Ｔoc19368７HYPERＬＩNK\ｌ_Ｔoｃ２1914３．５稳定平台的控制 PＡGEＲEＦ_Toc219148ＨYPＥRＬIＮK\l_Ｔoc24７６８3．6遥感数据解决系统ﻩPＡGEＲＥF＿Toc24７６８８HYPERLINＫ\l_Toc3213６4.系统的重要技术指标和参数ﻩPAGEＲEF_Ｔｏc３２１368HYPEＲＬINK\l_Toc２４24.1无人机低空遥感监测系统技术ﻩＰＡGEREＦ＿Toc2４29ＨYＰＥＲＬIＮK＼l_Tｏｃ２768２4.2无人机遥感系统的构成ﻩPAGEREF＿Toc2７６821０HYPＥRLINK\l_Toc5６9５总结ﻩPAGＥＲEF_Toc56９12无人机遥感技术1.前言无人驾驶飞机简称无人机(UnｍannedAeｒiａlＶeｈicle,缩写UAＶ)，是一种有动力、可控制、能携带多种任务设备、执行多种任务，并能反复使用的无人驾驶航空器。无人机与遥感技术的结合,即无人机遥感,是运用先进的无人驾驶飞行器技术、遥感传感器技术、遥测遥控技术、通讯技术、ＧPS差分定位技术和遥感应用技术，具有自动化、智能化、专题化快速获取国土、资源、环境等的空间遥感信息，完毕遥感数据解决、建模和应用分析能力的应用技术。具有低成本、低损耗、可反复使用且风险小等诸多优势，其应用领域从最初的侦察、初期预警等军事领域扩大到资源勘测、气象观测及解决突发事件等非军事领域。无人机遥感的高时效、高分辨率等性能,是传统卫星遥感所无法比拟的，越来越受到研究者和生产者的青睐，大大扩大了遥感的应用范围和用户群,具有广阔的应用前景。由于无人机具有机动快速、使用成本低、维护操作简朴等技术特点,因此被作为一种抱负的飞行平台广泛应用于军事和民用各个领域。特别是进入二十一世纪以后,许多国家将无人机系统的研究、开发、应用置于优先发展的地位，体积小、重量轻、探测精度高的新型传感器的不断问世,也使无人机系统的用途迅速拓展。2系统的技术优势2．1重要优势(１)机动快速的响应能力无人机系统运送便利、升空准备时间短、操作简朴，可快速到达监测区域,机载高精度遥感设备可以在短时间内快速获取遥感监测结果。(2)性能优异无人机可按预定飞行航线自主飞行、拍摄,航线控制精度高，飞行姿态平稳。飞行高度从5０m至4000m,高度控制精度10ｍ；速度范围从70kｍ／h至160kｍ／ｈ,均可平稳飞行，适应不同的遥感任务。（3)操作简朴可靠飞行操作自动化、智能化限度高,操作简朴,并有故障自动诊断及显示功能,便于掌握和培训；一旦遥控失灵或其他故障,飞机自动返航到起飞点上空,盘旋等待。若故障解除,则按地面人员控制继续飞行,否则自动开伞回收。(4)高分辨率遥感影像数据获取能力无人机搭载的高精度数码成像设备,具有面积覆盖、垂直或倾斜成像的技术能力,获取图像的空间分辨率达成分米级,适于1∶1万或更大比例尺遥感应用的需求。（5)使用成本低无人机系统的运营成本较低,飞行操作员的培训时间短,系统的存放、维护简便,还可免去了调机和停机的费用。这套遥感系统具有机动快速的响应能力,系统运送便利、升空准备时间短、操作简朴,可快速到达监测区域,机载高精度遥感设备可以在短时间内快速获取遥感监测结果。因此,该系统非常适合进行应急遥感监测。2．2性能和安全性它的操作性能十分优异。它能按预定飞行航线自主飞行、拍摄，航线控制精度高，飞行姿态平稳。它的飞行高度从50米到４00０米,高度控制精度

１0米。系统飞行操作自动化、智能化限度高,操作简朴,有故障自动诊断及显示功能,一旦遥控失灵或其他故障，飞机自动返航到起飞点上空,盘旋等待。若故障解除,则按地面人员控制继续飞行，否则自动开伞回收。3.系统的组成无人机低空遥感监测系统由遥感设备及其控制系统、无人驾驶飞行平台、飞行控制系统、无线电遥测遥控系统、遥感数据解决系统等几部份组成。3．1遥感设备及其控制系统机载遥感设备及其控制系统用于获取遥感影像,是无人机低空遥感监测系统的重要组成部份,重要由机载遥感设备、稳定平台及任务设备控制计算机系统等组成,如图1所示。根据不同遥感任务的需要,系统可以搭载的遥感设备涉及面阵CＣD数码相机、光学胶片相机、成像光谱仪、磁测仪、ＣCD摄录机等。目前Ⅱ型无人机遥感监测系统选用高分辨率面阵CCD数码相机作为重要遥感设备。数码相机获取的遥感影像可以直接输入到计算机中进行解决,不需要通过冲洗、印相等程序,无人机回收后可以在现场直接查看影像质量和飞行质量,可以大大提高工作效率，符合无人机低空遥感监测系统实时、快速的技术特点。同时,CＣD数码相机体积小、重量轻,在感光度、色彩深度、载片量(存储量)方面具有技术优势,数码成像技术将成为摄影测量与未来遥感的重要技术手段。任务设备控制计算机能根据无人机的位置、地速、高度、航向、姿态角以及设定的航摄比例尺和重叠度等数据,自动计算并控制相机的曝光间隔和稳定平台的偏流角修正,具有程控和遥控两种控制方式。3.２无人驾驶飞行平台气动布局合理、性能稳定的无人驾驶飞行平台是系统的基本保障。无人机重要采用玻璃钢和碳纤维复合材料加工而成,重量轻、强度大。机身为车厢形式，有较大的容积范围,便于设备的安装及使用维护,无人机的任务载荷和任务设备仓的尺寸根据遥感设备及其控制系统的重量和尺寸设定。无人机的后端安装有性能稳定的航空发动机和推力螺旋桨为动力装置。无人机的起降可以采用正常的滑行方式,同时还开发了性能先进的车载起飞、伞降回收机构,以适应不同地区和不同遥感任务的使用。3.３飞行控制系统飞行控制系统完毕无人机的飞行控制与飞行管理。飞行控制系统用于无人机的飞行控制与任务设备管理,涉及传感器、执行机构和飞行控制计算机三个部份(如图2所示)。由姿态陀螺、气压高度表、磁航向传感器、GPS导航定位装置、飞控计算机、执行机构、电源管理系统等组成，可实现对飞机姿态、高度、速度、航向、航线的精确控制,具有遥控、程控和自主飞行三种飞行模态。为了提高飞控系统的可靠性,系统采用网络和位总线结构。各传感器、舵机、通讯系统、飞控计算机之间的通讯以数字化方式实现。由于用数字通道代替模拟连接,提高了信号传输的精度,增长了抗干扰能力。该结构具有可扩展性和灵活配置的能力。系统可根据任务的需求增减一些典型的部件，这种结构还具有容易实现冗余技术和故障隔离等优点。图２飞行控制系统框图3.4无线电遥测遥控系统无线电遥测系统是传送无人机和遥感设备的状态参数，可实现飞机姿态、高度、速度、航向、方位、距离及机上电源的测量和实时显示,具有数据和图形两种显示功能。供地面人员掌握无人机和遥感设备的有关信息，并存贮所有传送信息,以便随时调用复查。无线电遥控系统是用于传输地面操纵人员的指令,引导无人机按地面人员的旨意飞行。为了使无线电遥测系统和遥控系统（简称无线电遥测遥控系统)设备轻便易携、架设方便,地面站的设备平台设计成一体化，重要由指令编码器、调制器、发射机、接受机、天线、微型计算机、显示器、电源等组成。无线电遥测遥控地面站的组成见图3。图４遥测遥控地面站组成框图3.5稳定平台的控制无人机平台采用垂直陀螺测量飞机的俯仰／横滚姿态角,同时垂直陀螺与微解决技术的结合,使飞机可以在飞行的条件下保持与地面垂直。在自动驾驶飞行时,如不加其他控制信号，垂直陀螺仪将使无人机的俯仰角和倾斜角稳定在近似零的状态,或者可以粗略说稳定在“水平状态”。当无人机在飞行中受到干扰时就会产生倾斜和俯仰,这样垂直陀螺的倾斜电位计和俯仰电位计就有γθ电压输出。γθ电信号通过A／D进入飞控器微解决机,并通过D/A转换再通过运算放大器输送给舵机，升降机舵和副翼舵机,使舵面产生一个偏移,使无人机不久恢复到“水平状态”。此时无人机将由垂直陀螺稳定在“水平状态”上飞行。多次的地面和飞行实验证明此方法可行。我们对无人机实验飞行时的姿态数据进行了具体分析,验证了在侧风小于4级情况下,飞行控制系统可以控制无人机沿测线直线飞行时的横滚角、俯仰角一般不大于３°的事实。3．6遥感数据解决系统为保证无人机遥感监测系统具有对地实时调查监测能力,在目前现有的遥感数据解决软件的基础上,还根据无人机机载遥感设备的技术特点研制、开发了专用的数据解决系统，以实现无人机遥感监测数据的快速解决，满足各种遥感监测任务的需要。4.系统的重要技术指标４.1无人机低空遥感监测系统技术无人驾驶飞行器摄影测量系统以获取高分辨率空间数据为应用目的,通过3S技术在系统中的集成应用，达成实时对地观测能力和空间数据快速解决能力。要使其成为抱负的遥感平台，有多个关键技术需要解决:１)传感器技术根据不同类型的遥感任务，需要开发相应的机载遥感设备，如高分辨率CCD数码相机、轻型光学相机、多光谱成像仪、激光扫描仪、磁测仪、合成孔径雷达等,选用的遥感传感器应具有数字化、体积小、重量轻、精度高、存储量大、性能优异等特点。2)传感器及其姿态控制技术传感器的控制系统要可以根据预先设定的航摄点、摄影比例尺、重叠度等参数以及飞行控制系统实时提供的飞行高度、飞行速度等数据自动计算并自动控制遥感传感器的工作，使获取的空间数据在精度、比例尺、重叠度等方面满足遥感的技术规定。对于抗风能力弱、飞行稳定性差的无人驾驶飞行器（如飞艇）,应给摄影测量设备加装三轴稳定平台，以保证获取稳定的、清楚的高质量影像，传感器的位置数据和姿态数据最佳可以实时记录并存储，以便用于影像数据的解决，提高工作效率。3)传感器定标及数据传输存储技术无人驾驶飞行器搭载的重要摄影测量传感器为面阵ＣCＤ数字相机，而目前国内市场上的小型专业级数字相机还不能达成量测相机的规定，所以,为使获取的影像可以满足大比例尺测图的精度，应根据相机的几何成像模型，作相关的检校工作,得到相机的内外参数,必要时需要采用特殊的检测手段,测定每个像元的畸变量。此外,大面阵ＣＣD数字相机获取的影像数据量较大，需开发专用的数据传输和存储系统。飞行器的测控数据和影像数据需要实时传输时还可以通过卫星通讯来实现。4)影像数据的后解决技术

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目前的无人驾驶飞行器摄影测量系统多使用小型数字相机作为机载数据采集设备，与传统的航片相比，存在像幅较小、影像数量多等问题，所以应针对其影像的特点以及相机定标参数、拍摄时的姿态数据和有关几何模型对图像进行几何和辐射校正,开发出相应的软件进行交互式的解决。同时还应开发影像自动辨认和快速拼接软件,实现影像质量、飞行质量的快速检查和数据的快速解决,以满足整套系统实时、快速的技术规定。5)系统集成技术无人驾驶飞行器摄影测量系统属于特殊的航空测绘平台,技术含量高，涉及航空、自动化控制、微电子、材料学、空气动力学、无线电、遥感、地理信息等多个领域,组成比较复杂,加工材料、动力装置、执行机构、姿态传感器、航向和高度传感器、导航定位设备、通讯装置以及遥感传感器均需要精心选型和研制开发。应根据测绘的技术规定和无人驾驶的特点，在系统的集成上重点攻关，达成工程化、实用化。4.2无人机遥感系统的构成微型无人机航空摄影是以获取低空高分辨率遥感影像数据为应用目的，集成了无人驾驶飞行器、遥感及GPS-导航定位等高科技产品和技术,建立起来的一种高机动性、低成本和小型化,专用化的遥感系统。(1)无人机飞行器无人驾驶飞行器是通过无线电遥控设备或机载计算机程控系统进行操控的不载人飞行器。无人驾驶飞行器结构简朴、使用成本低，不仅能完毕有人驾驶飞机执行的任务，更合用于有人飞机不宜执行的任务,如危险区域的侦察、空中救援指挥和遥感监测。(2)自动驾驶仪当前国内各种无人机飞行控制计算机系统大多采用工控机或订制的工控板，中央解决器大多为Iｎtel的3８6、４8６嵌入式解决器,主频一般在1０0MHZ以下，ＭIPS随之也低,也有少数采用高性能5８6解决器，主频在２00ＭHZ左右。Intｅｌ系统一个机器周期是4个时钟周期，以后的系统用流水线有所提高。系统一般是ISＡ接口,扩展不方便，只能基于IＳA总线来扩展硬件系统，而作为嵌入式解决系统，数据量很大，ISA总线结构数据总线为１6位，时钟最快为8兆，传一次数据需要4个时钟。此外国内的飞行控制计算机采用的工控机系统体积、功耗普遍较大,价格偏高,不适合用于小型、微型无人机。(3)航空影像解决软件航空影像解决经历了从模拟摄影测量、解析摄影测量到全数字摄影测量3个阶段的发展。每个阶段的发展都是技术的一次奔腾与革新,也是生产力提高的重要体现。由于目前模拟摄影测量手段落后，仪器设备也都已经淘汰,基本采用的都是数字摄影测量的手段，重要方法涉及解析摄影测量、全数字摄影测量、单片微分纠正、数字影像几何精纠正等几种,市场上重要的解决软件涉及ＩmａｇｅＳｔaｔioｎ；法国的PixeｌFａctｏry，以及国产的