伴隨科技的發(fā)展，面對人類無法勝任的高難度、高風(fēng)險與高含量的任務(wù)。無人機應(yīng)運而生。它替代有人駕駛的飛機去執(zhí)行這些任務(wù)。無人機是一種有無線電來操控的設(shè)備，遂有人稱其為遙控駕駛航空器。它能夠趨于完美的利用人工智能、信號處理和自動駕駛等精尖技術(shù)，并由于它具有體積小、無人駕駛和航程遠(yuǎn)等優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用，在自然環(huán)境考察、科普研究、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域、維護(hù)國家主權(quán)與公共衛(wèi)生安全等等許多方面都有所應(yīng)用。目前這種趨于多元化的應(yīng)用使得各國都加快探索、開發(fā)的步伐。
二、無人機協(xié)同編隊實驗室理論依據(jù)
在室內(nèi)環(huán)境下，由于GPS信號的接收限制，因此缺乏高精度的飛行定位方法。2010年，美國賓夕法尼亞大學(xué)GRASP實驗室利用三維紅外運動捕捉系統(tǒng)率先解決了室內(nèi)飛行定位的難題，這種方法精度高且穩(wěn)定可靠，受到國內(nèi)外的多旋翼無人機的研究機構(gòu)或?qū)I(yè)公司的特別關(guān)注，如瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院、北京航空航天大學(xué)、百度、大疆等。
此方案實現(xiàn)依據(jù)為：在每一架多旋翼無人機上布置被動標(biāo)記點（近紅外光線下反光）或主動標(biāo)記點（主動發(fā)射近紅外光線），紅外運動捕捉系統(tǒng)通過識別標(biāo)記點來認(rèn)知無人機，實時捕獲無人機飛行姿態(tài)和位置信息，從理論上說，對于三維空間中的一個點，只要這個點能同時為兩部攝像機所見，則根據(jù)同一時刻兩部攝像機所拍攝的圖像和對應(yīng)參數(shù)，可以確定這一時刻該點在三維空間里的位置信息。當(dāng)攝像機以足夠高的速率連續(xù)拍攝時，從圖像序列中就可以得到該點的運動軌跡。利用這個原理，通過對目標(biāo)物體上特定光點的監(jiān)視和跟蹤來完成運動捕捉的任務(wù)。
整個過程可簡化為：計算機通過WIFI、藍(lán)牙或無線數(shù)傳等數(shù)據(jù)傳輸模塊輸出飛行控制指令給無人機，無人機接收到飛行指令后自主飛行。運動捕捉系統(tǒng)實時捕捉到無人機的六自由度信息，并傳回控制計算機?？刂朴嬎銠C根據(jù)預(yù)設(shè)的飛行軌跡和實際的飛行軌跡的差別，修正飛行參數(shù)，并重新發(fā)送飛行控制指令給無人機，從而控制無人機高精度的、平穩(wěn)的、無偏差的飛行。
三、無人機協(xié)同編隊實驗室技術(shù)優(yōu)勢
相比于其他飛行定位的方案，三維紅外運動捕捉系統(tǒng)擁有以下五點優(yōu)勢：
1）室內(nèi)定位：室內(nèi)環(huán)境下沒有GPS信號，無人機無法定位；
2）高速：攝像機的拍攝速度在100FPS以上，能夠提供冗余的定位信息；
3）高精度：位置坐標(biāo)精確到0.1mm，姿態(tài)角精確到0.1°，遠(yuǎn)高于其他的定位方案；
4）魯棒性：跟蹤固定在無人機上的剛體，跟蹤數(shù)據(jù)幾乎不會丟失；
5）價格：自主編隊飛行的成本較低。
四、無人機協(xié)同編隊實驗室建設(shè)方案
無人機協(xié)同編隊實驗室建設(shè)背景
隨著多旋翼無人機及技術(shù)不斷發(fā)展，社會對多旋翼無人機技術(shù)人才的需求不斷增加，培訓(xùn)掌握多旋翼無人機技術(shù)、適應(yīng)時代需要的高素質(zhì)人才，成為高等院校未來發(fā)展的一項重要任務(wù)。
在多旋翼無人機技術(shù)的發(fā)展過程中，根據(jù)操作方式可以分為：單人單機、單人多機。單架無人機采用先進(jìn)控制策略可實現(xiàn)實時的高精度姿態(tài)控制，完成軌跡追蹤，但是多無人機編隊飛行執(zhí)行任務(wù)的成功率和抗突發(fā)事件的能力要比單架飛機飛行高。例如，在某次任務(wù)的執(zhí)行過程中，有一架飛機出現(xiàn)故障不能繼續(xù)工作，那么它可以返回進(jìn)行維修，而其余飛機仍舊按照原來的計劃保持編隊飛行，使任務(wù)得以圓滿完成。因此單人多機協(xié)同編隊，在軍事和民用應(yīng)用上越來越廣泛。
無人機協(xié)同編隊實驗室建設(shè)目標(biāo)
多旋翼無人機編隊現(xiàn)在根據(jù)使用場景和技術(shù)可分為：室外編隊飛行和室內(nèi)編隊飛行。其中室內(nèi)編隊飛行它相對室外編隊飛行的特點有適用性強、成本低，對初學(xué)者友好等。學(xué)生在老師的指導(dǎo)下可完成無人機單體實訓(xùn)、多機編隊開發(fā)等。通過無人機編隊可鍛煉學(xué)生動手能力、開發(fā)能力、操作能力和編程能力，軟硬結(jié)合，提高學(xué)生就業(yè)競爭力。
學(xué)生通過無人機創(chuàng)新實訓(xùn)室和實驗教師的指導(dǎo)，從無人機入門到最后的編隊能手、維護(hù)組裝能手、編程能手，實現(xiàn)學(xué)生動手實踐能力、開發(fā)能力和就業(yè)能力的提升。當(dāng)前無人機相關(guān)人才缺口很大，多旋翼無人機編隊系統(tǒng)的培養(yǎng)定向人才，為市場輸出高水平的人才。
中航恒拓成立于2014年7月，是中航無人機旗下一家專注于教育無人機解決方案及服務(wù)的專業(yè)提供商，針對中小學(xué)的無人機創(chuàng)客空間規(guī)劃建設(shè)、無人機創(chuàng)客教育培訓(xùn)、職業(yè)院校無人機實訓(xùn)方案建設(shè)、無人機應(yīng)用技術(shù)專業(yè)搭建、無人機產(chǎn)教融合實訓(xùn)基地建設(shè)等提供一站式解決方案。中航恒拓以教育實訓(xùn)解決方案及無人機飛行控制器系統(tǒng)的研發(fā)作為發(fā)展的核心，公司擁有一支技術(shù)水平一流的研發(fā)團(tuán)隊，投入大量資金用于技術(shù)研發(fā)和實訓(xùn)室培訓(xùn)，隨著公司的不斷發(fā)展，公司的技術(shù)人才逐步增加，技術(shù)水平進(jìn)一步提高，不斷向更高層次邁進(jìn)。
?