無人機(jī)遙感技術(shù)前言由于無人機(jī)具有機(jī)動快速、使用本錢低、維護(hù)操作簡潔等技術(shù)特點(diǎn),因此被作為一種抱負(fù)的飛行平臺廣泛應(yīng)用于軍事和民用各個領(lǐng)域。尤其是進(jìn)入二十一世紀(jì)以后,很多國家將無人機(jī)系統(tǒng)的爭論、開發(fā)、應(yīng)用置于優(yōu)先進(jìn)展的地位,體積小、重量輕、探測精度高的型傳感器的不斷問世,也使無人機(jī)系統(tǒng)的用途快速拓展。20239要由遙感數(shù)據(jù)獵取系統(tǒng)以及遙感數(shù)據(jù)后處理系統(tǒng)組成為無人機(jī)機(jī)體、動力系統(tǒng)、飛行掌握系統(tǒng)、無線電遙測遙控系統(tǒng)、遙感設(shè)備及其掌握系統(tǒng)、地面監(jiān)控中心掌握系統(tǒng)。在屢次飛行中,無人機(jī)遙感數(shù)據(jù)獵取系統(tǒng)成功獵取了高區(qū)分率航空遙感影像,實(shí)現(xiàn)了航攝面積掩蓋。系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢機(jī)動快速的響應(yīng)力量無人機(jī)系統(tǒng)運(yùn)輸便利、升空預(yù)備時間短、操作簡潔,可快速到達(dá)監(jiān)測區(qū)域,機(jī)載高精度遙感設(shè)備可以在短時間內(nèi)快速獵取遙感監(jiān)測結(jié)果。,航線掌握精度高,飛行姿勢平穩(wěn)。飛行50m4000m,10m;70km/h160km/h,均可平穩(wěn)飛行,適應(yīng)不同的遙感任務(wù)。操作簡潔牢靠飛行操作自動化、智能化程度高,操作簡潔,并有故障自動診斷及顯示功能,便于把握和培訓(xùn);一旦遙控失靈或其他故障,飛機(jī)自動返航到起飛點(diǎn)上空,除,則按地面人員掌握連續(xù)飛行,否則自動開傘回收。高區(qū)分率遙感影像數(shù)據(jù)獵取力量無人機(jī)搭載的高精度數(shù)碼成像設(shè)備,具備面積掩蓋、垂直或傾斜成像的技術(shù)力量,獵取圖像的空間區(qū)分率到達(dá)分米級,適于1∶1萬或更大比例尺遙感應(yīng)用的需求。使用本錢低無人機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)營本錢較低,飛行操作員的培訓(xùn)時間短,,還可免去了調(diào)機(jī)和停機(jī)的費(fèi)用。這套系統(tǒng)主要應(yīng)用領(lǐng)域它以無人駕駛飛行器為飛行平臺、以高區(qū)分率數(shù)字遙感設(shè)備為機(jī)載傳感器、以因此在土地利用動態(tài)監(jiān)測、礦產(chǎn)資源勘探、地質(zhì)環(huán)境與災(zāi)難調(diào)查、海洋資源與環(huán)境監(jiān)測、地形圖更等領(lǐng)域都將有廣泛應(yīng)用。主要優(yōu)勢傳統(tǒng)的衛(wèi)星遙感和一般航空攝影本錢高、受天氣等因素影響比較大。與此相比，無人駕駛飛行器遙感系統(tǒng)的機(jī)動敏捷和經(jīng)濟(jì)便捷是它的主要優(yōu)勢。這套遙感系統(tǒng)具有機(jī)動快速的響應(yīng)力量，系統(tǒng)運(yùn)輸便利、升空預(yù)備時間短、操作簡潔，可快速到達(dá)監(jiān)測區(qū)域，機(jī)載高精度遙感設(shè)備可以在短時間內(nèi)快速獵取遙感監(jiān)測結(jié)果。因此，該系統(tǒng)格外適合進(jìn)展應(yīng)急遙感監(jiān)測。打個比方，某地連降大雨，存在發(fā)生地質(zhì)災(zāi)難的可能，這時利用無人機(jī)遙感系統(tǒng)進(jìn)展地災(zāi)監(jiān)測就格外有效。系統(tǒng)運(yùn)輸?shù)皆摰禺?dāng)天就可以升空，馬上就可以得到地災(zāi)隱患區(qū)的監(jiān)測結(jié)果，便于政府實(shí)行措施應(yīng)對地災(zāi)發(fā)生，削減損失。系統(tǒng)的使用本錢也很低。2023年，我們將無人飛行器低空遙感系統(tǒng)用于“數(shù)字61平方公里內(nèi)兩萬多棟建筑的高區(qū)分率影像獵取和三維建模任務(wù)，不僅降低了本錢，效率也大大提高。更為重要的是，由于制造和飛行本錢都很低，飛行操作員的培訓(xùn)時間短，系統(tǒng)存放、維護(hù)簡便，用戶完全可以自主擁有和應(yīng)用，這樣就可以免去運(yùn)輸過程，更加縮短了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。性能和安全性它的操作性能格外優(yōu)異。它能按預(yù)定飛行航線自主飛行、拍攝，航線掌握精度50400010飛行操作自動化、智能化程度高，操作簡潔，有故障自動診斷及顯示功能，一旦遙控失靈或其他故障，飛機(jī)自動返航到起飛點(diǎn)上空，盤旋等待。假設(shè)故障解除，則按地面人員掌握連續(xù)飛行，否則自動開傘回收。系統(tǒng)的組成線電遙測遙控系統(tǒng)、遙感數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等幾部份組成。遙感設(shè)備及其掌握系統(tǒng)機(jī)載遙感設(shè)備及其掌握系統(tǒng)用于獵取遙感影像,是無人機(jī)低空遙感監(jiān)測系統(tǒng)的重要組成部份,主要由機(jī)載遙感設(shè)備、穩(wěn)定平臺及任務(wù)設(shè)備掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等組成,1所示。依據(jù)不同遙感任務(wù)的需要,系統(tǒng)能夠搭載的遙感設(shè)備包括面陣CCD相機(jī)、成像光譜儀、磁測儀、CCD攝錄機(jī)等。目前Ⅱ型無人機(jī)遙感監(jiān)測系統(tǒng)選用高區(qū)分率面陣CCD數(shù)碼相機(jī)作為主要遙感設(shè)備。數(shù)碼相機(jī)獵取的遙感影像可以直接輸入到計(jì)算機(jī)中進(jìn)展處理,不需要經(jīng)過沖洗、印相等程序,無人機(jī)回收后可以在現(xiàn)場直接查看影像質(zhì)量和飛行質(zhì)量,可以大大提高工作效率,符合無人機(jī)低空遙感監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)時、快速的技術(shù)特點(diǎn)。同時,CCD數(shù)碼相機(jī)體積小、重量輕,在感光度、(存儲量)方面具有技術(shù)優(yōu)勢,數(shù)碼成像技術(shù)將成為攝影測量與將來遙感的主要技術(shù)手段。機(jī)載穩(wěn)定平臺的主要功能是用于遙感設(shè)備的穩(wěn)定和偏流角的修正,以確保獲得高質(zhì)量的遙感影像。穩(wěn)定平臺設(shè)計(jì)了三軸和單軸兩種:三軸穩(wěn)定平臺可以使傳感器保持水平穩(wěn)定并修正偏流角,由平臺、電機(jī)、陀螺儀、水平傳感器、舵機(jī)、掌握電路等組成;單軸穩(wěn)定平臺只修正偏流角,由平臺、電機(jī)和掌握電路組成。兩種穩(wěn)定平臺可以依據(jù)不同精度的遙感監(jiān)測任務(wù)選用。任務(wù)設(shè)備掌握計(jì)算機(jī)能依據(jù)無人機(jī)的位置、地速、高度、航向、姿勢角以及設(shè)定的航攝比例尺和重疊度等數(shù)據(jù),自動計(jì)算并掌握相機(jī)的曝光間隔和穩(wěn)定平臺的偏流角修正,具有程控和遙控兩種掌握方式。無人駕駛飛行平臺鋼和碳纖維復(fù)合材料加工而成,,有較大的容積范圍,便于設(shè)備的安裝及使用維護(hù),無人機(jī)的任務(wù)載荷和任務(wù)設(shè)備倉的尺寸依據(jù)遙感設(shè)備及其掌握系統(tǒng)的人機(jī)的起降可以承受正常的滑行方式,同時還開發(fā)了性能先進(jìn)的車載起飛、傘降回收機(jī)構(gòu),以適應(yīng)不同地區(qū)和不同遙感任務(wù)的使用。飛行掌握系統(tǒng)飛行掌握系統(tǒng)完成無人機(jī)的飛行掌握與飛行治理任務(wù)設(shè)備治理,(如圖2所示)氣壓高度表、磁航向傳感器、GPS導(dǎo)航定位裝置、飛控計(jì)算機(jī)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電源治理系統(tǒng)等組成,可實(shí)現(xiàn)對飛機(jī)姿勢、高度、速度、航向、航線的準(zhǔn)確掌握,具有遙控、程控和自主飛行三種飛行模態(tài)。在這個系統(tǒng)中,飛控計(jì)算機(jī)通過串行數(shù)據(jù)通訊接口接收高度/空速、三軸地磁向強(qiáng)度、ＧＰＳ衛(wèi)星信息等傳感器數(shù)據(jù)。通過模擬輸入采集俯仰/橫滾姿勢角、三軸角速率等傳感器模擬信號,依據(jù)這些信息,實(shí)時解算各飛行參數(shù)。為了提高飛控系統(tǒng)的牢靠性,系統(tǒng)承受網(wǎng)絡(luò)和位總線構(gòu)造。各傳感器、舵機(jī)、通訊系統(tǒng)、飛控計(jì)算機(jī)之間的通訊以數(shù)字化方式實(shí)現(xiàn)。由于用數(shù)字通道代替模擬連接,提高了信號傳輸?shù)木?增加了抗干擾力量。該構(gòu)造具有可擴(kuò)展性和敏捷配置的力量。系統(tǒng)可依據(jù)任務(wù)的需求增減一些典型的部件,這種構(gòu)造還具有簡潔實(shí)現(xiàn)冗余技術(shù)和故障隔離等優(yōu)點(diǎn)。2飛行掌握系統(tǒng)框圖無線電遙測遙控系統(tǒng)無線電遙測系統(tǒng)是傳送無人機(jī)和遙感設(shè)備的狀態(tài)參數(shù),可實(shí)現(xiàn)飛機(jī)姿勢、高度、速度、航向、方位、距離及機(jī)上電源的測量和實(shí)時顯示,具有數(shù)據(jù)和圖形兩種顯示功能。供地面人員把握無人機(jī)和遙感設(shè)備的有關(guān)信息,并存貯全部傳送信息,以便隨時調(diào)用復(fù)查。無線電遙控系統(tǒng)是用于傳輸?shù)孛娌倏v人員的指令,引導(dǎo)無人機(jī)按地面人員的旨意飛行。ＡＶＲＳ-Ⅱ型無人機(jī)遙感監(jiān)測系統(tǒng)承受ＣＣＤ面陣數(shù)碼相機(jī)和ＣＣＤ攝錄視頻系統(tǒng)作為其主要遙感數(shù)據(jù)獵取設(shè)備,在國內(nèi)領(lǐng)先基于無人機(jī)平臺以高精度高區(qū)分率數(shù)碼相機(jī)完成了3008×2000像元,可存儲300幅以上高精度影像,感光度200～800,20～300ｍｍ。試驗(yàn)時承受的鏡頭焦距20ｍｍ。穩(wěn)定平臺的航偏修正精度小于等于1°,航偏修正范圍±25°。(1)曝光間隔的掌握曝光間隔的掌握:遙感設(shè)備掌握系統(tǒng)通過串口接收飛控計(jì)算機(jī)實(shí)時解算的飛行為ｔ,航高為ｈ,地速為ｖ,航向重疊度為ｐ,ｓ為面陣ＣＣＤ數(shù)碼相機(jī)的大小(像素),焦距為ｆ(像素)。數(shù)碼相機(jī)的曝光間隔滿足ｔ=ｈｓ(1-ｐ)/(ｆｖ)[1]為了使無線電遙測系統(tǒng)和遙控系統(tǒng)(簡稱無線電遙測遙控系統(tǒng)),地面站的設(shè)備平臺設(shè)計(jì)成一體化,主要由指令編碼器、調(diào)制器、放射機(jī)、接收機(jī)、天線、微型計(jì)算機(jī)、顯示器、電源等組成。無線電遙測遙控地面站的組成見圖3。圖4 遙測遙控地面站組成框圖穩(wěn)定平臺的掌握無人機(jī)平臺承受垂直陀螺測量飛機(jī)的俯仰/橫滾姿勢角,同時垂直陀螺與微處理技術(shù)的結(jié)合,使飛機(jī)可以在飛行的條件下保持與地面垂直。在自動駕駛飛行時,如不加其他掌握信號,垂直陀螺儀將使無人機(jī)的俯仰角和傾斜角穩(wěn)定在近似零的狀態(tài),或者可以粗略說穩(wěn)定在“水,這樣垂直陀螺的傾斜電位計(jì)和俯仰電位計(jì)就有γθγθ電信號經(jīng)過Ａ/Ｄ進(jìn)入飛控器微處理機(jī),并通過Ｄ/Ａ轉(zhuǎn)換再經(jīng)過運(yùn)算放大器輸送給舵機(jī),升降機(jī)舵和副翼舵機(jī),使舵面產(chǎn)生一個偏移,使無人機(jī)很快恢行試驗(yàn)證明此方法可行。我們對無人機(jī)試驗(yàn)飛行時的姿勢數(shù)據(jù)進(jìn)展了具體分析,驗(yàn)證了在側(cè)風(fēng)小于4級狀況下,飛行掌握系統(tǒng)可以掌握無人機(jī)沿測線直線飛行時的橫滾角、俯仰角一般3°的事實(shí)。遙感數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)為保證無人機(jī)遙感監(jiān)測系統(tǒng)具有對地實(shí)時調(diào)查監(jiān)測力量,在目前現(xiàn)有的遙感數(shù)據(jù)處理軟件的根底上,還依據(jù)無人機(jī)機(jī)載遙感設(shè)備的技術(shù)特點(diǎn)研制、開發(fā)了專用的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)無人機(jī)遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)的快速處理,滿足各種遙感監(jiān)測任務(wù)的需要。系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)無人機(jī)系統(tǒng)機(jī)長:2.8m;翼展:3.6m;起飛速度:70km/h;最大起飛重量:50kg;任務(wù)倉尺寸:寬300mm×長500mm×高300mm;任務(wù)載荷:大于8kg;飛行速度:70～160km/h;續(xù)航時間:3～4h;掌握半徑:50km;飛行高度:100m～4000m;導(dǎo)航精度:≤80m;掌握方式:程控、遙控、自主三種方式;環(huán)境溫度:-10°C～+40°C;相對濕度:95±3%;風(fēng)力風(fēng)向:風(fēng)力小于或等于4級,風(fēng)向不限。面陣CCD數(shù)碼相機(jī)像元素:大于3008×2023像元;存儲量:大于1G;感光度:50～800;鏡頭焦距:20～300mm,3.3穩(wěn)定平臺水平穩(wěn)定精度:2度;調(diào)整范圍:±20度;偏流修正精度:2度;偏流修正范圍:±30度。5 無人機(jī)低空遙感監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用前景感數(shù)據(jù)為應(yīng)用目標(biāo),具有對地快速實(shí)時調(diào)查監(jiān)測力量。隨著系統(tǒng)功能的不斷完善,可廣泛應(yīng)用,尤其對車船無法到達(dá)地帶的環(huán)境監(jiān)測、,無人機(jī)低空遙感監(jiān)測系統(tǒng)更具有其獨(dú)特的優(yōu)勢。本系統(tǒng)的推廣應(yīng)用,可以增加我國對地觀測的綜合技術(shù)力量,并將在國土資源信息獵取與治理等領(lǐng)域的技術(shù)效勞中產(chǎn)生重大的社會和經(jīng)濟(jì)效益。無人機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀：2023881124分，由北京大學(xué)與一航貴州集團(tuán)共同研制的我國第一地觀測技術(shù)已跨入世界先進(jìn)展列。無人機(jī)航空遙感技術(shù)作為一項(xiàng)空間數(shù)據(jù)獵取的重要手段，具有續(xù)航時間長、影像實(shí)時傳輸、高危地區(qū)探測、本錢低、機(jī)動敏捷等優(yōu)點(diǎn)，是衛(wèi)星遙感與是我國最早從事遙感技術(shù)與應(yīng)用爭論的單位之一工程，取得了重大進(jìn)展。無人機(jī)航空遙感系統(tǒng)，是其擔(dān)當(dāng)?shù)膰摇?85“打算中的重點(diǎn)工程之互補(bǔ)的方式，在此領(lǐng)域進(jìn)展了廣泛合作，并在機(jī)載遙感設(shè)備敏感度、圖像識別與處理系統(tǒng)、團(tuán)聯(lián)合研制的多用途無人機(jī)遙感系統(tǒng)首飛試驗(yàn)成功術(shù)。尤其是在牢靠性、飛行高度、平穩(wěn)度、導(dǎo)航精度及運(yùn)行制作本錢等方面，已具備了航空為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)效勞。無人駕駛飛行器低空遙感系統(tǒng)由中國測繪科學(xué)爭論院開發(fā)，國土資源部和國家“863”實(shí)時對地觀測、調(diào)查監(jiān)測力量，到達(dá)了有用化、工程化的目標(biāo)，這套遙感系統(tǒng)日益成為國土資源遙感監(jiān)測的高技術(shù)裝備。近年來，無人駕駛飛行器低空遙感系統(tǒng)已在“數(shù)字城市”三維地理空間根底框架建立