RDU-FD-07A无人机视频监控系统介绍

1．飞机平台概述

RDU-FD-07A是我公司研发的超近程侦察监视无人机系统，采用复合翼布局形式，实现垂直起降和悬停/巡航即时切换。系统采用双光吊舱（EO/IR）和高清图传，可完成对地面、水面目标进行实时搜索跟踪、锁定识别、定位取证等任务。可单人背负携行，快速展开撤收；人机交互简单、任务规划便捷、自动化程度高、抗风能力强、具备高原性能，适合单人执行例行巡逻和突发事件处置任务。

2．主要性能特点

起降灵活：采用垂直起降设计，大大减小对起降条件的限制，作业场地适应性强，飞行途中可定点悬停20分钟；

结构简单：采用自锁快装设计，无需任何工具即可在3分钟内完成组装；

携行方便：采用双肩背包式设计，携行重量仅有15kg；

操作简便：一次性航行规划，全自主起飞，无需遥控器，一键起降，安全简便；

定位精准：标配RTK实时差分系统，保证降落精度250px以内；

安全稳定：气动经过严格的风洞实验设计，飞行控制采用总能量自适应算法，两者确保姿态稳定，画面图像稳定清晰；

导航可靠：采用GPS/北斗二代双星四频和双磁罗盘多冗余设计，保障飞行更加安全；

智能电源：全机采用一块电池供电，电源维护管理简便；

侦察能力强：斜距500m可识别人员，斜距1000m可识别车辆，具有目标跟踪锁定功能，对移动目标可自动跟随飞行，目标定位精度可达15m。

3．软硬件介绍

现有垂直起降固定翼无人机大体分为三种形式：倾转动力式，尾座式和复合翼式。倾转旋翼的倾转机构复杂，重量大，效率不高；尾座式垂直起降形式虽然效率比较高，但是控制上难度高，特别是平飞转悬停过程中很难平顺转换，可靠性比较低。复合翼无人机是一种固定翼无人机垂直起降的解决方案，其以常规固定翼飞行器为基础，增加多轴动力单元，在起降及低速状态下按照多轴模式飞行，通过多个螺旋桨产生的拉力克服重力和气动阻力进行飞行；而在高速状态下，按照固定翼模式飞行，通过气动升力克服重力，通过拉力向前的螺旋桨克服气动阻力实现飞行。与其他两个方式相比，复合翼垂直起降方案无需额外机构，结构简单；不存在大幅度飞行姿态变化，导航解算容易。因此，复合翼垂直起降方案是目前可靠性最高，技术风险最低的长航时垂直起降无人机方案。

想让飞机垂直起降，除满足飞机机体设计的严格要求，控制方式也非常复杂。RDU-FD-07A的四旋翼起降控制利用了L1自适应控制技术，固定翼平飞控制为基于总能量+神经网络自适应控制技术。同时，RDU-FD-07A无人机还涉及悬停转平飞控制、平飞转悬停控制、一键起降、全自动飞行等控制技术。   除了各种控制算法外，技术人员也要考虑到垂直起降、悬停、过渡飞行时的可靠性、安全性。融鼎岳拥有飞行控制系统的核心技术，采用军工品质的硬件架构，确保控制系统的可靠性和环境适应性，通过大量飞行，试验并优化了多种控制参数，使得飞机具有优良的自主飞行性能。

（1）机体

1) 航空复合材料机身,采用固定翼与多旋翼结合的旋翼和固定翼机型设计；

2) 整体模块化设计，拆卸后比常规固定翼体积更小，整机重量不超过7kg；

3) 巡航速度70KM/h；

4) 续航时间55分钟；

5) 抗风能力：起降4级，巡航5级；

6) 垂直起飞；

7) 垂直降落，降落精度250px；

8) 机长≤1400mm, 翼展≤2100mm, 最大起飞海拔≤4500M；最大巡航≤6500M。

9) 双GPS备份，主GPS出现异常可以平滑切换备份GPS，保证飞行安全；

10) 双磁罗盘备份，主磁罗盘出现异常可以平滑切换备份内置磁罗盘，保证飞行安全。

RDU-FD-07A静态图

（2）飞控系统

1) 系统采用飞思卡尔公司的MPC5200B处理器。基于PowerPC的架构，具有760MIPS、带浮点运算单元(FPU)、低功耗等特点；

2) 算法：采用基于美国波音公司的总能量控制算法，自适应控制高度，空速平衡；

3) 3轴加速度计，3轴角速度计，磁传感器，动静压传感器，采用扩展卡尔曼滤波算法，温飘补偿，确保各数据源精准；

4) 传感器在-40度~85度范围内都进行温度补偿；

5) 飞控系统内环姿态控制采用非线性自适应算法，外环导航控制，采用基于总能量的控制算法，保证高精度的航迹控制；

6) 飞控软件架构采用基于VxWorks操作系统的模块化软件组件，包括导航模块、飞行管理模块、航路规划与制导模块、飞行控制模块以及通信模块等等；

7) 飞控系统采用差分GPS导航，姿态解算，实时差分位置修正；

8) 飞控系统内置32MByte数据存储器，以50Hz的频率可以存储4小时的详细飞行数据；

9) 飞控系统内置1W发射功率的900MHz跳频数传电台，确保20Km的飞行遥控遥测链路（可外接大功率电台）；

10) 飞控系统陀螺仪使用进口陀螺仪，量程达到±300°，测量精度误差不超过0.6°，过载达到18G；

11) 飞控系统航路点达到800个；

12) 飞控系统POS数据记录达到8000张；

13) 飞控系统静压量程达到103.35Kpa；

14) 飞控系统动压量程达到150m/s；

15) 飞控系统内部更新频率达到200-400hz；

16) 飞控系统传感器在-40度~85度范围内都进行温度补偿；

17) 相机控制曝光方式:支持定时,定距曝光；

18) 控制精度:风力3级时,偏航距≤±0.5m，航高偏差≤±0.5m；

19) 采用 gps 融合 imu， gnss 组合导航，在 gps 失锁情况下，可转换为 AHRS惯性导航，确保飞机姿态安全；

20) 支持全自主垂直起飞和垂直降落；

21) 支持拍照POS数据自动存储，地面下载；

22) 可预设飞机极限值保护，限定飞机俯仰角，横滚角，上升下降率，高度，空速；

23) 采用10层电路板电子元件设计，优化抗干扰性能，电磁兼容性高。

（3）地面站控制软件

1) 持傻瓜式飞行前检查单，自检不通过不能起飞，根据地面站提示，5分钟内完成飞行检查；

2) 地面站软件为全中文界面；

3) 支持自动化航测航线设计，只需输入航摄范围，选取相机型号，影像分辨率要求，可自动生成航摄航线；

4) 最大控制距离≥20km；

5) 持专用巡视航线设计，针对高落差地区，可按不同航高仿地形飞行，达到最佳对地观察效果。

6) 持多种地图进行航线规划（谷歌，BING,等）也可支持自定义Google地图导入；

7) 持航线预览功能，可直观显示航线高度和地形高度差，确保安全，防止撞山事故发生；

8) 持高度保护功能，可设置飞行保护高度，如有故障，飞机掉高达到预设值，可自动降落对飞机进行保护；

9) 支持任务区域多格式导入，比如 kml /kmz文件，txt文件。

10) 实时显示坐标、高度、方向、速度、爬升率、发动机转速、俯仰角、横滚角等参数,实时显示GPS定位状态数据,实时显示航摄影像的数量；实时显示全机电池供电电压。

地面站软件为全中文界面

4.性能指标

5.光电吊舱

MG-200（单光/双光）是融鼎岳（北京）科技有限公司全自主研发的适用于小型无人机使用的两轴可见光加红外双光光电吊舱，提供高质量的视频图像和热成像画面。MG-200采用高精度陀螺仪，通过稳定伺服系统隔离载体扰动实现对视轴稳定，非常适合搭载在无人机等运动载体上。小型光电吊舱MG-200具备视频跟踪模块，能实现目标搜索、目标锁定，并指挥无人机跟踪目标。MG-200具有结构紧凑、重量轻、成本低的特点；可装备与各型对体积和重量敏感的小型无人机系统，如单兵固定翼飞机、多旋翼、小型无人直升机等各种小型飞行器。搭配图像传输设备，实现对目标的搜索、监视；可广泛应用于侦查监控、森林防火、电力巡线、石油管道巡线等各个行业系统。

(1) 产品特点

1) 两轴全360度转动平台；

2) 体积小、重量轻；

3) 图像质量好；

4) 成本低；

5) 具备视频跟踪功能；

(2) 电气参数

1) 工作电压：DC输入，电压输入范围10-24V；

2) 功耗：＜30W；

3) 视频输出：CVBS与高清；

4) 控制接口：RS232；

(3) 使用环境

1) 存储环境：温度–40°C～85°C；湿度10~90%；

2) 工作环境：温度–20°C～65°C；湿度10~90%；

(4) 可见光机芯参数

1) 图像传感器：200万像素1/3 英寸 CMOS；

2) 变焦：10倍光学变焦，2倍数字变焦；

3) 水平视角：60.0°（广角端）至7.8°（远端）；

4) 信噪比：50dB以上；

5) 电子快门：1/2~1/10000秒，21步阶；

6) 白平衡：自动白平衡、室内、室外、一键式、手动；

7) 增益：自动/手动(-3至18dB, 8步阶)；

8) EV补偿：-10.5~10.5dB(15步阶,1.5dB增量)；

9) AE控制：自动.手动.快门优先.光圈优先.亮度.SPOT AE；

(5) 红外机芯参数

1) 类型：氧化钒非制冷焦平面

2) 带宽：8~12um

3) 镜头焦距：45mm

4) 像元：640X480

5) 像元尺寸：17um

6) 视场尺寸：水平30度，垂直22度

(6) 系统运动特征

1) 平台类型：两轴；

2) 方位转动范围：±270°；

3) 俯仰转动范围：+60~ -90°；

4) 方位最大角速度：±60°/s；

5) 俯仰最大角速度：±60°/s；

6) 最低平稳角速度：0.01°/s；

7) 最大角加速度:50°/s²；

8) 角报告精度：0.05°/s；

9) 瞄准线双向稳定度：0.01°/s。

6.图传系统

机载图传系统主要运用于无人机上图像的无线传输，设备软件具有视频告警、频道切换、带宽选择、码流设置、射频待机、数字加密等功能，方便故障判断和操作使用。

设备与光电吊舱系统高度集成封装，采用网络数据端口与吊舱模块直接交互数据，直接输入视频数据，无中间视频转换再编码过程，延时低速度快，效率高。内置小功放，传输距离远，主要应用于无人机实时转播、应急救援、现场监控等场合无线图像的传输；飞行高度200m以上，能够在通视无遮挡情况下传输20Km。

(1) 系统特点

1) 采用先进的COFDM调制技术 支持高速移动中传输；

2) 支持复杂环境中多径传输；

3) 输出功率1W；

4) 系统延时小， 近似于实时传输；

5) 支持8频道多用户应用；结构设计合理 散热效果良好；

6) 重量轻、体积小、携带方便、应用灵活；

7) 电压范围宽 支持DC 9～26V供电 ；

8) 功耗低 支持长时间电池应用作业。

(2) 技术参数

(3) 系统组成

该图传系统是由机载发射机、地面接收机、一套天线构成的无线通信系统，如下图所示：