无人机遥感技术

无人机遥感技术1前言由于无人机具有机动快速、使用成本低、维护操作简洁等技术特点,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。尤其是进入二十一世纪以后,很多国家将无人机系统的争辩、开发、应用置于优先进展的地位,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快速拓展。“UAVRSⅡ型无人机低空遥感监测系统”于2003年9月通过专家组鉴定。该系统主要由遥感数据猎取系统以及遥感数据后处理系统组成。其中遥感数据猎取系统按结构划分成为无人机机体、动力系统、飞行把握系统、无线电遥测遥控系统、遥感设备及其把握系统、地面监控中心把握系统。在多次飞行中,无人机遥感数据猎取系统成功猎取了高辨别率航空遥感影像,实现了航摄面积掩盖。2系统的技术优势(1)机动快速的响应力量无人机系统运输便利、升空预备时间短、操作简洁,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猎取遥感监测结果。(2)性能优异无人机可按预定飞行航线自主飞行、拍摄,航线把握精度高,飞行姿势平稳。飞行(3)操作简洁牢靠飞行操作自动化、智能化程度高,操作简洁,并有故障自动诊断及显示功能,除,则按地面人员把握连续飞行,否则自动开伞回收。(4)高辨别率遥感影像数据猎取力量无人机搭载的高精度数码成像设备,具备面积掩盖、垂直斜成像的技术力量,猎取图像的空间辨别率达到分米级,适于1∶1万或更大比例尺遥感(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。这套系统主要应用领域它以无人驾驶飞行器为飞行平台、以高辨别率数字遥感设备为机载传感器、以因此在土地利用动态监测、矿产资源勘探、地质环境与灾难调查、海洋资源与环境监测、地形图更新等领域都将有广泛应用。主要优势传统的卫星遥感和一般航空摄影成本高、受天气等因素影响比较大。与此相比，无人驾驶飞行器遥感系统的机动机敏和经济便捷是它的主要优势。这套遥感系统具有机动快速的响应力量，系统运输便利、升空预备时间短、操作简洁，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猎取遥感监测结果。因此，该系统格外适合进行应急遥感监测。打个比方，某地连降大雨，存在发生地质灾难的可能，这时利用无人机遥感系统进行地灾监测就格外有效。系统运输到该地当天就可以升空，马上就可以得到地灾隐患区的监测结果，便于政府采取措施应对地灾发生，削减损失。辨别率影像猎取和三维建模任务，不仅降低了成本，效率也大大提高。更为重要的是，由于制造和飞行成本都很低，飞行操作员的培训时间短，系统存放、维护简便，用户完全可以自主拥有和应用，这样就可以免去运输过程，更加了系统的响应速度。性能和安全性它的操作性能格外优异。它能按预定飞行航线自主飞行、拍摄，航线把握精度统飞行操作自动化、智能化程度高，操作简洁，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，回旋等待。若故障解除，则按地面人员把握连续飞行，否则自动开伞回收。系统的组成线电遥测遥控系统、遥感数据处理系统等几部份组成。2.1遥感设备及其把握系统机载遥感设备及其把握系统用于猎取遥感影像,是无人机低空遥感监测系统的重要组成部份,主要由机载遥感设备、稳定平台及任务设备把握计算机系统等组成,如图1所示。目前Ⅱ型无人机遥感监测系统选用高辨别率面阵CCD数码相机作为主要遥感设备。数码相机猎取的遥感影像可以直接输入到计算机中进行处理,不需要经过冲洗、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、颜色深度、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将来遥感的主机载稳定平台的主要功能是用于遥感设备的稳定和偏流角的修正,以确保获得高质量的遥感影像。稳定平台设计了三轴和单轴两种:三轴稳定平台可以使传感器保持水平稳定并修正偏流角,由平台、电机、陀螺仪、水平传感器、舵机、把握电路等组成;单轴稳定平台只修正偏流角,由平台、电机和把握电路组成。两种稳定平台可以依据不同精度的遥感监测任务选用。任务设备把握计算机能依据无人机的位置、地速、高度、航向、姿势角以及设定的航摄比例尺和重叠度等数据,自动计算并把握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把握方式。2.2无人驾驶飞行平台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依据遥感设备及其把握系统的人机的起降可以接受正常的滑行方式,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。飞行把握系统完成无人机的飞行把握与飞行管理。飞行把握系统用于无人机的飞行把握与度表、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,可实现对飞机姿势、高度、速度、航向、航线的精确把握,具有遥控、程控和自主飞行三种飞行模态。在这个系统中,飞控计算机通过串行数据通讯接口接收高度/空速、三轴地磁向强度、GPS卫星信息等传感器数据。通过模拟输入采集俯仰/横滚姿势角、三轴角速率等传感器模拟信号,依据这些信息,实时解算各飞行参数。为了提高飞控系统的牢靠性,系统接受网络和位总线结构。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,增加了抗干扰力量。该结构具有可扩展性和机敏配置的力量。系统可依据任务的需求增减一些典型的部件,这种结构还具有简洁实现冗余技术和故障隔离等优点。2.4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,可实现飞机姿势、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。供地面人员把握无人机和遥感设备的有关信息,并存贮全部传送信息,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。AVRS-Ⅱ型无人机遥感监测系统接受CCD面阵数码相机和CCD摄录视频系统作为其主要遥感数据猎取设备,在国内领先基于无人机平台以高精度高辨别率数码相机完成了008×2000像元,可存储300幅以上高精度影像,感光度200~800,镜头焦距20~300mm。试验时采用的镜头焦距20mm。稳定平台的航偏修正精度小于等于1°,航偏修正范围±25°。(1)曝光间隔的把握曝光间隔的把握:遥感设备把握系统通过串口接收飞控计算机实时解算的飞行为t,航高为h,地速为v,航向重叠度为p,s为面阵CCD数码相机的大小(像素),焦距为f(像素)。数码相机的曝光间隔满足t=hs(1-p)/(fv)[1]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)设备轻松易携、架设便利,地面站的设备平台设计成一体化,主要由指令编码器、调制器、放射机、接收机、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2.5稳定平台的把握无人机平台接受垂直陀螺测量飞机的俯仰/横滚姿势角,同时垂直陀螺与微处理技术的结合,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,如不加其他把握信号,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电信号经过A/D进入飞控器微处理机,并通过D/A转换再经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,使无人机很快恢复到“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。多次的地面和飞行试验证明此方法可行。我们对无人机试验飞行时的姿势数据进行了具体分析,验证了在侧风小于4级状况下,飞行把握系统可以把握无人机沿测线直线飞行时的横滚角、俯仰角一般2.6遥感数据处理系统为保证无人机遥感监测系统具有对地实时调查监测力量,在目前现有的遥感数据处理软件的基础上,还依据无人机机载遥感设备的技术特点研制、开发了专用的数据处理系统,以实现无人机遥感监测数据的快速处理,满足各种遥感监测任务的需要。3系统的主要技术指标和参数寸:宽300mm×长500mm×高300mm;任务载荷:大于8kg;飞行速度:70~160km/h;续航时间:3~4h;把握半径:50km;飞行高度:100m~4000m;导航精度:≤80m;把握方式:程控、遥控、环境温度:-10°C~+40°C;相对湿度:95±3%;风力风向:风力小于或等于4级,3.2面阵CCD数码相机像元素:大于3008×2000像元;存储量:大于1G;感光度:50~800;镜头焦距:20~300mm,可选。3.3稳定平台水平稳定精度:2度;调整范围:±20度;偏流修正精5无人机低空遥感监测系统的应用前景感数据为应用目标,具有对地快速实时调查监测力量。随着系统功能的不断完善,可广泛应用资源与环境监测以及农业、林业、水利、交通等部门,尤其对车船无法到达地带的环境监测、本系统的推广应用,可以增加我国对地观测的综合技术力量,并将在国土资源信息猎取与管理等领域的技术服务中产生重大的社会和经济效益。地观测技术已跨入世界先进行列。无人机航空遥感技术作为一项空间数据猎取的重要手段，具有续航时间长、影像实时传输、高危地区探测、成本低、机动机敏等优点，是卫星遥感与是我国最早从事遥感技术与应用争辩的单位之一，多年来担当了国家和地方一系列重大科研项目，取得了重大进展。无人机航空遥感系统，是其担当的国家"985"方案中的重点项目之互补的方式，在此领域进行了广泛合作，并在机载遥感设备敏感度、图像识别与处理系统、团联合研制的多用途无人机遥感系统首飞试验成功，标志着我国无人机航空遥感技术已取得术。尤其是在牢靠性、飞行高度、平稳度、导航精度及运行制作成本等方面，已具备了航空为国民经济建设服务。无人驾驶飞行器低空遥感系统由测绘科学争辩院开发，国土资源部和国家实时对地观测、调查监测力量，达到了有用化、工程化的目标，这套遥感系统日益成为国土资源遥感监测的高新技术装备。近年来，无人驾驶飞行器低空遥感系统已在“数字城市”三维地理空间基础框架建立和土地利用调查和动态