答疑 | 经典七问答，教你假装懂无人机
如今无人机在各行各业的应用日趋广泛、也日益贴近我们的生活。但普通用户对无人机的一些知识还比较陌生，下面小编整理了较常见的经典问答系列进行分享。
NO.1
问
无人机为什么不会被风吹翻？
答
无人机飞行首先要保持平衡，那么没有飞行员的无人机是怎么保持平衡的呢？
是伟大的陀螺仪(角速率传感器)赋予了无人机平衡感，无人机可以感知自己的姿态，通过自动控制系统就可以像有驾驶员一样保持平衡。
除了装在机器本身，同样也可以装在云台上，令相机稳稳的呆住。
在紧急情况下，无人机还可以通过无线电遥控，让操作手像飞行员一样直接驾驶无人机。
NO.2
问
无人机为什么不会飞丢？
答
业内普遍认为无人机与航模最大的区别就是拥有飞控(自动驾驶仪)、拥有自主飞行的能力。飞控被看做无人机的核心、也是最有技术含量的部分，其程序与算法被视作绝对机密。然而无人机的导航原理其实并不是那么高深，它与我们路痴走路是一样的。
一般定位方式
无人机首选用GPS卫星定位知道自己在哪里。
无人机接着掏出指南针确定方向(科学点说叫三轴磁力计)。
再看看目的地的在哪里，生成导航路线，沿着走就是了。
当然了，无人机是在三维空间里运动，还需要考虑高度。GPS卫星定位也有高度信息，但是精度不高(高度误差是水平定位的2-3倍)。所以还需要融合气压高度计的数据。
辅助定位方式
有些无人机的飞控、直升机的平衡仪有室内定位系统，一般是超声波高度计+光流。
超声波高度计(AGL)就像汽车的倒车雷达，可以在几米的高度上上参考保持与地面的距离;
光流就是通过向下的眼睛(摄像头)，拿地面上的东西(明暗点、纹理)当参照物。
军用和工业级无人机的飞控则要求有惯性导航系统做辅助，就是让无人机有一定的方向感，蒙上眼睛走路也能走个大概其。也是利用的陀螺仪，当然需要精度更高的陀螺仪、加速度计，更需要复杂的算法做支持。
NO.3
问
无人机是怎么飞起来的？
答
无人机作为密度大于空气的飞行器，其飞行的原理是与有人机一样的。“凭虚御风”而飞翔。往高深些说就是“伯努利原理(空气流速大的地方压强小)”
具体来说固定翼无人机，其机翼外形让上下面空气流速不一样，产生了压力差，空气将其托举于长空;无人直升机则可以看成把机翼旋转起来，靠螺旋桨上下表面的压力差，把机体“旱地拔葱”;多旋翼亦同理(其实也可以想象成电风扇)。
无人机在三维空间里运动，光有升力当然不行。通过各种其它方向的力才能让其自由翱翔。
固定翼犹如船行于水，可以通过副翼、尾舵、升降舵等舵面的变化，“如船得水”。
多旋翼则是通过控制各个螺旋桨的配合来与控制姿态与运动;通过螺旋桨自转时与空气的阻力转向(为了抵消自旋力矩，所以一般多旋翼都是偶数对桨、所以要区分正反桨)。
而直升机，额……因为螺旋桨有陀螺仪的进动性，一言难尽，非理工科同仁不建议深究，有兴趣者可以先从“贝尔-希拉控制系统”看起。
NO.4
问
无人机GPS为什么不准？
答
GPS，美国的全球卫星定位系统。你可以不用GPS，用俄罗斯的格洛纳斯或是中国的北斗导航系统，但原理都是一样的。都是通过确定与卫星的相对位置来定位，你至少需要搜到4颗卫星才能定位。
你也可以用wifi定位、基站定位等五花八门的辅助定位手段，但是实际结果都不那么靠谱。
为啥不准了？路途艰难
卫星从数万里之遥的外太空把信号发送到地面，中间要穿过复杂的电离层、充满变数的大气层。难免有折射、有干扰。天气、太阳活动都会对定位结果造成影响。为了消除这些因素产生的误差，有些天才的工程师想到了差分。请看下一个问答
NO.5
问
有了RTK差分，无人机精度就厘米级了？
答
差分就是把GPS的误差想方设法分离出去。
GPS信号从遥远的太空赶到地面，尤其要穿过电离层、路途上难免有差池。所以普通的GPS定位总有数米的误差。
有天才的人类想到：可以在已知位置的参考点上装上GPS，就能知道GPS的偏差。将这个偏差用电台发送给需要定位的GPS设备，用户就可以获得更精准的位置。
分析误差的方式有定位结果(位置差分)、与卫星的距离(伪距差分)、GPS的载波相位(载波相位差分，即RTK)。分析的越深入，就越麻烦、越贵，但是精度也更高。
差分不是都是厘米级
其实将无人机系统装上差分GPS并不稀奇，许多科研院所都有这样的项目，但因为成本与需求问题并没有多少投入商用。最近一段时间差分似乎有种普及化的趋势，而且各家所使用的差分技术都是最复杂的RTK。
差分也分许多等级，之前用途比较广泛的是伪距差分，误差半米左右;而RTK也分两种：几十厘米误差的单频RTK与厘米级的双频RTK。
双频GPS的意义是消除电离层误差，所以双频RTK可以达到厘米级的定位精度。一般厂家会宣称其精度为：1cm+1ppm(与基准站距离的百万分之一)，但是注意：这也是个理想值：只有在10公里以内才近似成立，与基准站距离远了，精度也会迅速下降。
厘米级的设备未必有厘米级的精度
常用的这种差分设备都是与地面的基准站做校准，所以这些所谓的精度都不是相对地球的精度，而是相对于基准站的精度。基准站位置不准也是白搭。
基准站位置的确定大体有这么几种方式：①建立在国家已知点上;②建立在从国家已知点上引过来的点;③建立在一个长期观测的点上。
然而河北铭宇电子科技的技术人员却表示：在外边作业很少有能碰到国家已知点上。只能选择一个开阔的地方，如楼顶长期观测。
业内人士表示：这就相当于多次测量求平均值，在20-30分钟后结果会收敛;持续时间越长精度就越高。但是最后依然会有米级误差。
另外，差分依然要注意多路径效应，也就是没法拦住GPS信号“走冤枉路”。所以差分GPS的基准站要在开阔的地方，最好在楼顶;无人机飞行也最好避开高大建筑物。
此外，定位精度是一方面、控制精度又是另一方面;飞控的可靠性还是一个方面。光有精准的定位结果未必就能干好活儿。
够用就好
差分很麻烦，而且很贵。即使是技术简单、成本低廉的多旋翼飞控，加上差分也要数万元。但依然有许多无人机使用差分设备，各行业应用不是被“厘米级精度”的广告语所吸引，而是秉承“够用就好”的信条。
NO.6
问
无人机的双目视觉究竟如何实现自动避障功能？
答
在无人机领域双目视觉已经成为一种极其有价值的应用。它可以辅助无人机更快更好地识别周围场景，便于它的飞行与避障。目前应用双目视觉的无人机并不是很多，大疆推出了一款机型：精灵Phantom 4的亮点就是它的双目视觉识别以及基于这个原理的自动避障功能。
双目视觉是啥？跟人眼一样
双目立体视觉(Binocular Stereo Vision)是基于视差原理的机器视觉的一种重要形式，它利用成像设备从不同的位置获取被测物体的两幅图像，通过计算图像对应点间的位置偏差，来获取物体三维几何信息和摄像头与所测物体间的距离。
上面的原理介绍是不是有些深奥呢？其实简单来说双目视觉就是利用两个摄像头仿制出人眼双目的效果，通过相关算法在计算机中描绘出大脑处理后的画面。我们能够通过这个技术，得到与所测目标之间的距离，得到目标的三维信息。
那这些信息怎么就和无人机自动避障联系到一起呢？我们的双眼已经能实现这些，这个技术还有什么用呢？
我们的大脑虽然能够完美的处理看到的图像，可是计算机没有这么强的功能。这项技术的关键是得到计算机可以识别的位置信息，这些信息是无人机实现自动避障的根本。换言之，双目视觉技术已经成为无人机自动避障不可或缺的必要保证。
如何实现无人机避障
对运动物体(包括动物和人体形体)测量中，双目立体视觉系统是计算机视觉的关键技术之一，获取空间三维场景的距离信息也是计算机视觉研究中最基础的内容。
无人机避障的实现是通过将探测所得结果数据导入到自身避障模块，经过计算机的运算，得出避障飞行的指令。在避障模块相同的情况下，得到的信息就对避障效果起到了决定性的影响。
不同的探测技术会使无人机的避障能力有着截然不同的变化
红外或激光测距是目前应用最为广泛的无人机探测技术，但是由于它是通过信号来计算，因此很容易受到外界因素的干扰，用于自动避障的功能并不是很合适;而双目视觉技术则不会收到太大的外界干扰，因此虽然该技术的难度较高，但是已经开始逐渐应用到无人机避障技术中来。
双目立体视觉测量方法具有效率高、精度合适、系统结构简单、成本低等优点，非常适合于制造现场的在线、非接触产品检测和质量控制。只有高精度的、易于处理的信息，才能在无人机避障上广泛应用。
这么好的技术为啥不能实现全向避障呢？
双目识别虽然有着极为强大的功能，但仍然有一定的局限性。目前对于基于双目视觉进行全向避障仍然较难实现。原因有二：一是由于转过90°后的两个视觉接收系统对于边界点的处理会出现重合的情况，导致运算结果有偏差以至于报错;二是因为不同角度的噪声干扰不同，无法同步实现数据处理。简单来说，无人机只能像人眼一样，看到前方事物，对身后的东西也会无能为力。
换个方式说：咱们人类经过千百万年的进化，就进化出了两只眼睛，走路不也不会撞树上？
NO.7
问
无人机的参数或多或少都有水份？
答
一、空载测续航
受制于电池的能量密度、结构的机械效率，电动多旋翼无人机的续航时间都不太长。然而有些电动多旋翼的续航参数则很长，甚至超过1个小时、堪比油电混合。怎么做到的呢？业内人士表示空载测试的参数会漂亮很多：自重减小耗电量也就锐减，某款任务续航25分钟的四旋翼空载曾测得超过80分钟的续航。
油动无人机也可以通过不带任务设备的方式提高续航：把任务载荷全换成燃油。比如这款无人直升机，从参数上其载重+空机重量+20L燃油的重量，已经超过最大起飞重量。
二、空载测升限
开车去高海拔地区的朋友一定会感觉到：自然吸气的活塞式发动机对高度非常敏感，在海拔1500米时动力就差了一大截。使用自然吸气式活塞发动机的无人机也有这个问题，许多活塞机的无人直升机标称的升限大多为2400米到3000之间。许多从业者坦言：这个参数也是空载测出来的，挂载任务载荷的最大使用海拔大多在一千米出头。
三、贴地测载重
无人机的载重是一个非常重要的参数，大家发现植保无人机的载重普遍强于其它行业应用的机型，比如同样使用小松80cc汽发动机，某些植保无人机号称有15公斤的载荷;而美国AF25B的标称载荷则为25磅(约11.3公斤)。有厂商坦言：这个载荷是贴地飞行的载荷，飞不高，因为低空有地效。而且植保无人机在近处飞，所以许多时候是把部分油箱/电池替换为了载荷。以某款80cc排量的无人机直升机为例：正常标称载荷10公斤(油箱4升);而植保作业则是1.5升油，最高标称15公斤。
四、理论算参数
业内认识还说有些无人机的续航、载重、升限等的参数是在纸上简单计算出来的。一些系留式无人机(电线供电)则号称“无限续航”。然而在实际的长时间飞行中对机械、电子的可靠性与散热都提出了更高的要求;实际的载重也需要考虑重心与配重;实际的高海拔飞行需要应对低温甚至是汽油沸腾。
五、用电台说控制半径
行业应用的无人机大多以数传电台来实现远程控制，数传电台的通讯距离自然决定了无人机控制半径的上限。好消息是这些电台的性能都不错，通讯距离可以达到上百公里;坏消息是：微波电台的使用严格来讲是要求通视(直线无遮挡)的，而我们的地球是圆的。
无人机图传厂商表示：大家所看到的漂亮控制半径与图传距离的参数往往是海平面高空拉距测试测出来的。比如某款用有人机改装的无人直升机，标称控制半径达150公里，但测得次数据时已经飞到了3000米高。而无人直升机的优势却是可以飞得低、飞得慢。
制约消费级无人机控制半径的，也不仅是遥控器的控制距离。比如你需要考虑电池的电量能飞多远？飞出视距如何保证安全？消费电子的可靠性是否够高？所以目前大多数国家对消费级无人机飞行范围的限制都为500米半径、120米的高度。
六、忽略耗材谈成本
各行业应用无人机作业可以提高效率、降低成本。无人机有天然的高效费比优势，但是有些业内人士则担忧一些厂商对耗材的寿命、维护保养的成本选择性失明。对于电动无人机、尤其是成本压力大的农业植保无人机，电池成本绝对是不能忽略的，曾有用户向环球网无人机频道表示：电池即使非常规矩的使用寿命也不会超过200个循环;对于油动无人机而言，发动机的维护保养周期与使用寿命也是需要考虑的。
七、忽略逻辑谈冗余度
为了提高无人机的安全性，许多无人机都采用了冗余设计，通俗的说就是有备用的部件。一种是“双冗余”，即设置主设备与从设备，防止一套设备突然死机;还有一种是“三冗余”，但并非所有的三冗余都是真的可以容忍两重错误，据了解有些三冗余飞控本身并不能判断数据的对错、只是少数服从多数，只是为普通双冗余的两套系统数据不一致时提供了仲裁。
八、永远更加安全可靠
安全性是无人机非常重要的一方面，然而翻遍各家厂商的文案方才发现：各家的无人机都是最最安全的，并且没有之一。比如电动多旋翼无人机是“避免了传统无人机的机械故障”;交叉双旋翼与共轴双桨直升机则是“避免了传统直升机尾桨故障”;传统直升机、固定翼则是“最为成熟可靠的结构”。较为依赖手动控制的飞控系统“可以避免电子系统故障”;自主程度高的飞控则“可以避免人为事故”。
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