RDU-FD-10D无人机视频监控系统

1. 飞机平台概述

RDU-FD-10D是我公司研发的小型全电动垂直起降固定翼无人机系统，具有航时长、速度高、距离远的特点和旋翼无人机垂直起降的功能。连接结构全部采用快锁装置，组装过程无需工具；电气和机械连接一次同步；专门研发的工业级飞控与导航系统能够保证无人机全程自主飞行。人机交互简单、任务规划便捷、自动化程度高、抗风能力强，适合执行例行巡察和应急监视任务。

2. 主要性能特点

起降灵活:采用垂直起降设计，可在车辆、舰船等移动平台起降，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15分钟；

结构简单：采用自锁快装设计，无需任何工具即可在5分钟内完成组装；

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：采用双GPS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1000m可识别人员，斜距2000m可识别车辆，斜距500米可识别车辆牌号，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10m。

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-10D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-10D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12kg；

3) 巡航速度72KM/h；

4) 续航时间60分钟；

5) 抗风能力：起降4级，巡航6级；

6) 垂直起飞；

7) 垂直降落，降落精度125px；

8) 机长≤1600mm,翼展≤2600mm,飞行高度≤2500m；

9) 双GPS备份，确保主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，确保内置磁罗盘出现异常可以平滑切换备份外置磁罗盘，保证飞行安全。

（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30Km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≥30km；

5) 持专业分区航线规划设计，针对高落差地区，可按不同航高，重叠率，进行单架次内分区设计航线，从而满足航测规范要求；

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；

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；实时显示飞控电池，舵机电池，动力电池电压；实时显示油量（油电混合）。

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12V；

2) 功耗：＜30W；

3) 视频输出：CVBS与高清；

4) 控制接口：RS485；

(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：120倍变焦（10倍光学变焦×12倍数字变焦）；

3) 水平视角：60.0°（广角端）至6.4°（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：25mm

4) 像元：640X480

5) 像元尺寸：17um

6) 视场尺寸：水平37度，垂直28度

(6) 系统运动特征

1) 平台类型：两轴；

2) 方位转动范围：±360°转动无死角；

3) 俯仰转动范围：±360°转动无死角；

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。

(7) 连接器定义

小型光电吊舱MG-200A使用J30J-9连接器。

6.图传系统

该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。设备采用先进的窄带数字调制和压缩编码技术，提高系统传输距离和图像质量；适合非视距和高速移动中传输；设备采用紧凑便携结构设计便于无人机安装使用。设备支持模拟视频输入,可选SDI数字视频输入，数据传输功能。设备内置小功放，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10Km到20Km。

(1) 系统特点

a) 采用先进的COFDM调制技术 支持高速移动中传输；

b) 采用高效的MPEG2/4编码技术 支持高质量图像应用；

c) 支持复杂环境中多径传输；

d) 输出功率500mW-1W可调；

e) 系统延时小 近似于实时传输；

f) 工作频段可选UHF、L、S波段；

g) 支持多种传输带宽和图像传输码流；

h) 提供复合视频、RS232控制、电源输入接口；

i) 可选数据、音频输入接口；内置数字ABS加密功能；

j) 支持8频道多用户应用；结构设计合理 散热效果良好；

k) 重量轻、体积小、携带方便、应用灵活；

l) 电压范围宽 支持DC 9～16V供电 ；

m) 提供电源指示灯，方便用户操作；

n) 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：

7.GCS-302便携式地面站

（1）产品概述

GCS-302便携式地面站是融鼎岳（北京）科技有限公司推出的地面控制和高清图传接收设备一体化便携式地面站。地面站指挥控制系统，内置N920电台，实现通讯协议的编解码、加解密，是APCommander软件与飞控系统交互的枢纽。具备可便携、处理能力强、外设接口丰富、可靠性高等特点。高端数字无线图像传输设备；采用先进的COFDM数字解调和h.264解码技术，提高系统传输距离和图像质量。设备具有视频告警、频道切换、信号接收指示、数字解密等功能，方便故障诊断和操作使用；输出带有数字视频接口；设备能够支持SDI、IP输出、ASI输出、复合视频、音频和数据信号输出。

（2）技术参数

8.RDU-FD-10D无人机巡视监控系统（一套）构成

(1) RDU-FD-10D飞行平台

1) RDU-FD-10D机体一架

2) 平飞动力电机一台

3) 平飞动力电调一支

4) 平飞螺旋桨一支

5) 舵机四个

6) 悬停机臂一对

7) 悬停螺旋桨四支

8) 悬停电机四台

9) 悬停电调四支

10) 航空铝架相机座一套（含减震套装）

(2) RDU-FD-10D飞控与航电系统

11) 专用自驾仪硬件一套（含差分GPS模块）

12) 机载差分GPS天线一根（含馈线）

13) 机载数传天线一根（含馈线）

14) 专用自驾仪软件一套

15) 备份GPS一套

16) 备份外置磁罗盘一套

(3) 电池组

17) 悬停动力电池一块

18) 平飞动力电池一块

(4) 地面站系统

19) 地面外置基站一套

20) 地面控制终端一套

21) 锂电池组一套

22) 锂电池充电器一套

23) 地面差分GPS天线（含馈线）一套

24) 光纤一根

25) 数传天线一根

26) 图传全向天线一根

27) 图传定向天线（八木天线）一套

28) 图传天线馈线两根

29) 连接座一个

30) 图传天线三脚架一套

31) 图传天线支撑架一套

32) 地面站软件一套

33) GPS天线磁吸式底座一套

(5) 附属件

34) 航空包装箱一套

35) 专用遥控器一套（包括SBUS接收机）

36) 动力电池充电器一套

37) 232转接线、DB9头转接线、地面站外挂电源线各一根

(6) 任务设备

38) 双光吊舱一套

39) 高清图传一套