无人机操控技术课件第1-2章

第一章无人机概述无人机操控技术无人机应用技术专业规划教材目录01认识无人机02国家对无人机在高校发展的政策支持P04P1

2目录01认识无人机02国家对无人机在高校发展的政策支持P04P1

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无人机（UnmannedAircraft，UA），是由控制站管理（包括远程操纵或自主飞行）的航空器，也称远程驾驶航空器(RemotelyPilotedAircraft，RPA)。英文也常用UAV来表示(UnmannedAerialVehicle)。

1.1

无人机无人机系统，也称无人驾驶航空器系统，是指由无人机、相关的遥控站、所需的指挥与管制链路以及批准的型号设计规定的任何其他部件组成的系统。简称：UAS(UnmannedAircraftSystem)。1.2

无人机系统

无人机与航空模型区别：

1.2

无人机系统无人机航空模型定义无人飞行载具

在视距内，视距距离不超过500米

飞控有智能化的飞控系统

无智能化的飞控系统，必须由人来通过遥控器控制人机界面

有地面站

仅有操纵手柄

任务用途有任务载荷系统，主要执行军用和民用的各种比较复杂的任务

一般无载荷系统，侧重于航空模型运动、竞赛、爱好者研究交流以及个人娱乐

人员资质包括观测员、视距内驾驶员、超视距驾驶员和教员，大多数还需要执照无资质要求

主管单位民航局和AOPA管理，适用航空类法规

航空运动管理中心管理，适用体育类法规

无人机与航空模型区别：

1.2

无人机系统1.3

无人机分类

按照不同的平台，无人机包括固定翼、旋翼机、垂直起降固定翼、无人飞艇等。根据飞行场地和任务需求，选用不同种类的无人机进行作业。1.3.1

固定翼

固定翼无人机就是指飞机的机翼固定不动，靠机翼的空气动力特性而产生升力的一种机型。

1.3.2

旋翼机

旋翼机是指通过飞机机翼（桨叶）旋转而产生升力的一种机型，主要包含多旋翼、直升机、自转旋翼机。1.3.3

垂直起降固定翼

垂直起降固定翼无人机是近三年新研发出来的一款无人机机型，单纯从结构上看可以看做是多旋翼和固定翼的结合体，它既有多旋翼起降简单、没有场地要求的优点，又有固定翼长航时、大载重的优点，很适合做行业的测绘、监测、管路巡查等工作。目录01认识无人机02国家对无人机在高校发展的政策支持P04P1

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国家对无人机在高校发展的政策支持《关于促进和规范民用无人机制造业发展的指导意见》

到2025年，民用无人机产值达到1800亿元,年均增速25%以上

强调创新驱动，在产品、产业和安全三个层面开展技术创新，提升民用无人机安全性和技术水平

支持有条件的普通高校和职业院校设立无人机相关专业，建立多层次多类型的无人机人才培养和服务体系

《中国制造2025》

推进无人机产业化快速发展

我国有229所高等职业学校设立专业代码为560610的无人机应用技术专业

无人机发展前景系统未来将是航空业最蓬勃发展的部分

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国家对无人机在高校发展的政策支持第二章无人机系统无人机操控技术无人机应用技术专业规划教材目录01操作人员02航空器P04P1

203地面系统P2304任务载荷P2805数据链路系统P35目录01操作人员02航空器P04P1

203地面系统P2304任务载荷P2805数据链路系统P35

按照不同的操作距离，操作人员分为视距内驾驶员、超视距驾驶员、教员三个等级。无人机主要靠地面操作人员通过遥控器或者地面控制站操控无人机进行飞行，根据机型和任务的不同选择不同的操作方式。1.1

操作人员

能够视距内飞行的驾驶员叫视距内驾驶员。视距内飞行指的是以操作人员为圆心，半径500米、高度120米的空间范围内。1.1.1

视距内驾驶员

不仅可以视距内飞行，而且可以超视距飞行的驾驶员，叫超视距驾驶员。超视距飞行指的是以操作人员为圆心，半径500米、高度120米的空间范围外。1.1.2

超视距驾驶员

具有带飞资质，可以指导学员进行超视距飞行，并且可以在其飞行经历记录本上签字证明其飞行经历的无人机等级叫教员。1.1.3

教员

一般无人机的起降阶段都是由遥控器进行操控的，但是随着科技的发展，飞控的稳定性和智能程度越来越高，大有地面站操控代替遥控器操控的趋势。

除了起降阶段，视距内飞行也都是由遥控器进行操控的。

现在比较常见的视距内飞行的案例，主要有：无人机培训训练、航拍、电力巡线操作。1.1.4

遥控器操作

地面控制站操作主要是指操作人员不通过遥控器，直接通过地面控制站操控无人机飞行，而且大有完全替代遥控器飞行的趋势。

地面控制站操控无人机飞行主要应用在超视距飞行阶段，或者需要应用地面站进行航线规划的行业应用上，主要有：无人机培训地面站培训、航测、超远距离监测。1.1.5

地面控制站操作目录01操作人员02航空器P04P1

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03地面系统P2204任务载荷P2705数据链路系统P342.1

航空器飞行器按在大气层内或大气层外飞行可分为航空器和航天器。航空器轻于空气的航空器气球飞艇重于空气的航空器固定翼航空器旋翼航空器直升机多旋翼旋翼机扑翼机倾转旋翼机根据产生升力的原理：2.2

固定翼无人机平台

固定翼无人机即平常我们看到的飞机，它的机翼是固定不动的，由飞机上安装的发动机或者螺旋桨产生前进的推力或者拉力，机翼产生升力。它只能向前飞行，不能够悬停或者向后飞行。

2.2

固定翼无人机平台常规的固定翼无人机主要的机体结构包含：机身、机翼、尾翼、起落架、发动机等。

机身主要功能是装载任务设备、燃料等。2.2

固定翼无人机平台机翼是固定翼无人机产生升力的部件，尾翼是用来配平、稳定和操纵固定翼无人机飞行的部件。2.3

旋翼无人机平台

旋翼无人机平台，即无人机通过旋翼转动获得升力，从而实现各种运动的一类无人机平台。根据旋翼数量的不同，可以分为直升机和多旋翼两大类。

直升机具有可以垂直升降、可以悬停、可以小速度前飞或后飞等特点，但是，直升机也具有飞行时长较短、航程较短等缺点。2.3

旋翼无人机平台

直升机产生升力的原理和固定翼的机翼是一样的，但是运行的方式不一样。固定翼的机翼是固定不动的，通过飞行器向前飞行而产生机翼与气流的相对运动产生升力；但是，直升机是由旋翼旋转产生旋翼与气流的相对运动，进而产生升力的。直升机在产生升力的同时，也产生了一个和旋翼旋转方向相反的反扭力，这个力可以使直升机机体产生自旋，为了克服自旋现象，需要在机尾增加一个小的旋翼，即尾翼。2.3

旋翼无人机平台

多旋翼无人机，是一种具有三个及以上旋翼轴的直升机。和直升机相比，具有以下特点：1、直升机通过改变螺距改变升力，多旋翼通过改变每个旋翼的转速改变升力；直升机需要尾桨抵消反扭力，多旋翼可以两两旋翼相互抵消。直升机结构复杂，多旋翼结构简单。直升机飞行速度快、机动性好，多旋翼飞行速度慢、比较平稳。直升机翼尖速度大，冲击力大，多旋翼翼尖速度较小，冲击力小。2.3

旋翼无人机平台2.4

变模态无人机平台

变模态无人机平台，是指即有固定翼平台的特点，又有旋翼平台的特点，这里特指最近两年新兴起的机型：垂直起降固定翼无人机平台。

2.5

扑翼无人机平台

扑翼无人机平台是指通过向鸟类那样上下扑动翅膀而产生升力的一种航空器，属于仿生学的机械。由于其涉及工程力学和空气动力学的问题太过复杂，很少有市场化的无人机被应用。

目录01操作人员02航空器P04P1

103地面系统P2204任务载荷P2705数据链路系统P343.1

遥控器

地面系统主要是指遥控器和地面控制站，同时有条件的团队还包括配备的地勤人员。

遥控器由驾驶员操纵，能够控制飞机起降和飞行的遥控设备。市面上常见的遥控器控制原理都是一样的，主要使用2.4GHz发射频率，配套使用一个接收机，能够接收遥控器发射的信号。3.1

遥控器

控制无人机最少需要4个通道，能够保证无人机正常飞行，还有的遥控器设置很多其他的备用开关，用户可以自定义功能。

3.2

地面控制站

地面控制站主要是控制无人机航线飞行，并可以实时监测无人机的状态。地面控制站没有统一的标准，一般一款飞控对应一款地面站软件，软件还分APP版和PC版。地面控制站主要需要两大硬件：一是可以安装软件的电脑、手机等载体；二是地面电台，可以通过电台向无人机发射控制信号。

3.3

地勤配备

有些特殊的任务团队会配备一定的地勤人员，比如航拍团队会配备一名观察员，主要负责观察飞机飞行时是否容易发生危险，同时兼任维护地面秩序的职能；植保团队也会配备一些地勤人员，主要负责飞机的加药、换电池、飞机的清洁等。

目录01操作人员02航空器P04P1

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03地面系统P2204任务载荷P2705数据链路系统P344.1

航拍（航拍、直播、取证）

任务载荷应该按行业分类，航拍，即航空拍摄或者航空摄影，是指在空中拍摄的镜头画面。航拍无人机的诞生，彻底改变了航拍方式，电影、电视、大型晚会、体育赛事的直播，快手、抖音等APP视频的录制，环境监察人员执法取证，都离不开航拍无人机的应用。挂载设备主要是可见光吊舱。4.2

航测（正摄、倾斜）

航测，现在也叫摄影测量与遥感。无人机航拍可广泛应用于国家重大工程建设、灾害应急与处理、国土监察、资源开发、新农村和小城镇建设等方面，尤其在基础测绘、土地资源调查监测、土地利用动态监测、数字城市建设和应急救灾测绘数据获取等方面具有广阔前景。

主要挂载的载荷有：正摄相机、倾斜摄影相机、激光、雷达等。4.3

农林植保（喷药、弥雾、农情调查）

农林植保是指利用无人机对农作物或森林植被进行药物或肥料喷洒，以达到保护作物不受病虫侵害的目的。

主要挂载的载荷是药箱和喷杆。4.4

环境监测（可见光、激光雷达、红外）

环境监测目前应用主要有两方面：河道监测和大气环境监测。河道监测是沿河道飞行绘制河道及周围环境的图像，和航空测绘有一定的交叉；大气环境监测是挂载空气监测载荷，升空到指定高度，监测该位置的大气环境。4.5

电力（电线、电塔、太阳能板）

电力行业主要应用是电力巡线，其中包含巡线、巡塔、巡太阳能板，应用的吊舱有可见光吊舱、可见光高倍吊舱、红外吊舱。4.6

安防（喊话、照明、灭火弹、烟雾弹）

安防系统广泛应用武警、交警、公安、救援队等单位，载荷包括喊话、救援脱钩、照明、灭火弹、烟雾弹、监测、跟踪等。目录01操作人员02航空器P04P1

103地面系统P2204任务载荷P2705数据链路系统P345.1

数据链传输系统

数据链传输系统负责完成对无人机系统遥控、遥测、跟踪定位和传感器传输。数据链分为上行数据链和下行数据链。

上行数据链是指将地面指令传送给无人机，实现对无人机遥控，主要用72M、433M、2.4G；5.1

数据链传输系统

下行数据链就是所谓的图传系统，将任务载荷收集到的数据传送给地面，实现地面控制人员对任务的实时了解，主要用1.2G、2.4G、5.8G。普通无人机大多采用定制视距数据链，而中高空、长航时无人机则都会采用“视距数据链”甚至是“超视距卫星通讯数据链”。

5.2

数据链传输频率

目前我国工信部无线电管理局初步制定了《无人机系统频率使用事宜》，其中规定：