我國無人機(jī)一直占據(jù)全球最大市場份額，作為無人機(jī)與智能產(chǎn)業(yè)研發(fā)第一大國，那么無人機(jī)又是如何實(shí)現(xiàn)飛行的呢？

無人機(jī)系統(tǒng)組成

無人機(jī)主要包括飛機(jī)機(jī)體、飛控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)、發(fā)射回收系統(tǒng)、電源系統(tǒng)等。飛控系統(tǒng)又稱為飛行管理與控制系統(tǒng)，相當(dāng)于無人機(jī)系統(tǒng)的“心臟”部分也就是無人機(jī)的核心部件，目前也是全球無人機(jī)遇到的一個(gè)瓶頸問題。

對(duì)無人機(jī)的穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴⒕_度、實(shí)時(shí)性等都有重要影響，對(duì)其飛行性能起決定性的作用；數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)可以保證對(duì)遙控指令的準(zhǔn)確傳輸，以及無人機(jī)接收、發(fā)送信息的實(shí)時(shí)性和可靠性，以保證信息反饋的及時(shí)有效性和順利、準(zhǔn)確的完成任務(wù)。發(fā)射回收系統(tǒng)保證無人機(jī)順利升空以達(dá)到安全的高度和速度飛行，并在執(zhí)行完任務(wù)后從天空安全回落到地面。

無人機(jī)是怎么飛起來的？

多旋翼無人機(jī)也是由電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，使螺旋槳產(chǎn)生升力而飛起來的。比如四旋翼無人機(jī)，當(dāng)飛機(jī)四個(gè)螺旋槳的升力之和等于飛機(jī)總重量時(shí)，飛機(jī)的升力與重力相平衡，飛機(jī)就可以懸停在空中了。

根據(jù)牛頓第三定律，旋翼在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，也會(huì)同時(shí)向電機(jī)施加一個(gè)反作用力（反扭矩），促使電機(jī)向反方向旋轉(zhuǎn)。這也是為什么現(xiàn)在的直升機(jī)都會(huì)帶一個(gè)「小尾巴」，在水平方向上施加一個(gè)力，去抵消這種反作用力，保持直升機(jī)機(jī)身的穩(wěn)定。

而回到四旋翼飛行器上，它的螺旋槳也會(huì)產(chǎn)生這樣的力，所以為了避免飛機(jī)瘋狂自旋，四旋翼飛機(jī)的四個(gè)螺旋槳中，相鄰的兩個(gè)螺旋槳旋轉(zhuǎn)方向是相反的。

如下圖所示，三角形紅箭頭表示飛機(jī)的機(jī)頭朝向，螺旋槳M1、M3的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r(shí)針，螺旋槳M2、M4的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針。

當(dāng)飛行時(shí)，M2、M4所產(chǎn)生的逆時(shí)針反作用力（反扭矩）和M1、M3產(chǎn)生的順時(shí)針反作用力（反扭矩）相抵消，飛機(jī)機(jī)身就可以保持穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)飛行。

不僅如此，多軸飛機(jī)的前后左右或是旋轉(zhuǎn)飛行的也都是靠多個(gè)螺旋槳的轉(zhuǎn)速控制來實(shí)現(xiàn)的。

垂直升降

這個(gè)很好理解，當(dāng)飛機(jī)需要升高高度時(shí)，四個(gè)螺旋槳同時(shí)加速旋轉(zhuǎn)，升力加大，飛機(jī)就會(huì)上升。當(dāng)飛機(jī)需要降低高度時(shí)同理，四個(gè)螺旋槳會(huì)同時(shí)降低轉(zhuǎn)速，飛機(jī)也就下降了。

之所以強(qiáng)調(diào)同時(shí)，是因?yàn)楸３侄鄠€(gè)旋翼轉(zhuǎn)速的相對(duì)穩(wěn)定，對(duì)保持飛行器機(jī)身姿態(tài)來說非常重要，看了之后的講究你就會(huì)明白。

原地旋轉(zhuǎn)

上面已經(jīng)提到，當(dāng)無人機(jī)各個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速相同，飛機(jī)的反扭矩被抵消，不會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。

但是當(dāng)要飛機(jī)原地旋轉(zhuǎn)時(shí)，我們就可以利用這種反扭矩，M2、M4兩個(gè)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的電機(jī)轉(zhuǎn)速增加，M1、M3號(hào)兩個(gè)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的電機(jī)轉(zhuǎn)速降低，由于反扭矩影響，飛機(jī)就會(huì)產(chǎn)生逆時(shí)針方向的旋轉(zhuǎn)。

水平移動(dòng)

多軸飛機(jī)與我們平時(shí)乘坐的客機(jī)不同，沒有類似客機(jī)那樣垂直于地面的螺旋槳，所以無法直接產(chǎn)生水平方向上的力來進(jìn)行水平方向上移動(dòng)。

當(dāng)然這難不倒我們，還拿上圖的四旋翼來說，當(dāng)需要按照三角箭頭方向前進(jìn)時(shí)，M3、M4電機(jī)螺旋槳會(huì)提高轉(zhuǎn)速，同時(shí)M1、M2電機(jī)螺旋槳降低轉(zhuǎn)速，由于飛機(jī)后部的升力大于飛機(jī)前部，飛機(jī)的姿態(tài)會(huì)向前傾斜。

傾斜時(shí)的側(cè)面平視如下圖，這時(shí)螺旋槳產(chǎn)生的升力除了在豎直方向上抵消飛機(jī)重力外，還在水平方向上有一個(gè)分力，這個(gè)分力就讓飛機(jī)有了水平方向上的加速度，飛機(jī)也因而能向前飛行。

相反的：當(dāng)M1、M2電機(jī)加速、M3、M4電機(jī)減速時(shí)，飛機(jī)就會(huì)向后傾斜，從而向后飛行。

同理可得：當(dāng)M1、M4電機(jī)加速，M2、M3電機(jī)減速時(shí)，飛機(jī)向左傾斜，從而向左飛行；

當(dāng)M2、M3電機(jī)加速，M1、M4電機(jī)減速時(shí)，飛機(jī)向右傾斜，從而向右飛行。

其實(shí)在多旋翼之前，人們是用更復(fù)雜的固定翼飛機(jī)和直升機(jī)來進(jìn)行航拍的。

但固定翼飛機(jī)的起飛降落對(duì)場地要求非常高，也不能懸停，沒法垂直上升下降，局限性太大。

而直升機(jī)雖載重大、速度快，但是它結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜而精密，上千個(gè)零件無論是從調(diào)試還是保養(yǎng)方面都非常的麻煩。

相比而言，多旋翼的飛行原理簡單，機(jī)身結(jié)構(gòu)也就更加簡單可靠，消費(fèi)者可以很快的上手飛行而不需要過多的調(diào)試和保養(yǎng)，因此多旋翼很快占領(lǐng)了航拍市場。

完整的多旋翼航拍無人機(jī)系統(tǒng)

一架完整的多旋翼航拍無人機(jī)也可以被分為以下幾大系統(tǒng)：飛控系統(tǒng)、遙控系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、圖傳系統(tǒng)、云臺(tái)、航拍相機(jī)。

飛控系統(tǒng)

飛行控制系統(tǒng)（Flight control system）可以看做無人機(jī)的大腦，飛機(jī)是懸停還是飛行、向哪個(gè)方向飛，都是由飛控下達(dá)指令的。

飛控是如何做到控制飛機(jī)保持姿態(tài)的呢？這是由于飛控包含“小腦”，也就是有數(shù)個(gè)傳感器，基礎(chǔ)的飛控包含了如下傳感器：

GPS：用于獲取飛機(jī)的經(jīng)緯度信息，確定自己的位置；

氣壓計(jì)：用于測量當(dāng)前大氣壓，獲取飛機(jī)的高度信息；

IMU：慣性測量單元，包含一個(gè)三軸加速度計(jì)和一個(gè)三軸陀螺儀，來測量飛機(jī)在三維空間中的角速度和加速度，并以此解算出物體的姿態(tài)。

指南針：用于分辨飛機(jī)在世界坐標(biāo)系中的朝向，也就是把東南西北和飛機(jī)的前后左右聯(lián)系起來。

一套飛控

隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)在的一些航拍無人機(jī)上還加入了更多的傳感器，例如超聲波可在近地面測量精準(zhǔn)高度、光流可在沒有GPS的室內(nèi)幫助飛機(jī)定位懸停。

用以上傳感器收集到信息后，飛控會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，判斷出飛機(jī)當(dāng)下的位置、姿態(tài)、朝向等信息，然后對(duì)如何飛行進(jìn)行決策。

遙控系統(tǒng)

遙控系統(tǒng)包含地面的遙控器和飛機(jī)端的接收模塊。除了俯仰（pitch）、橫滾（roll）、航向（yaw）、油門（throttle）兩個(gè)搖桿的四個(gè)通道外，還包含了切換飛行模式、控制云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)、控制相機(jī)拍照等功能。這些指令都會(huì)通過遙控器的發(fā)射系統(tǒng)，用無線信號(hào)傳遞給飛機(jī)，由飛機(jī)上的接收模塊接收信號(hào)，目前主流無線電信號(hào)是2.4G信號(hào)。

遙控器與接收機(jī)

動(dòng)力系統(tǒng)

動(dòng)力系統(tǒng)包括無人機(jī)的電調(diào)、電機(jī)、槳葉、動(dòng)力電池。

電調(diào)：全稱電子調(diào)速器，把動(dòng)力電池提供的直流電轉(zhuǎn)換為可直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)的三項(xiàng)交流電。電調(diào)接收飛控指令后，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的傾角改變。

電機(jī)：目前主流電機(jī)為無刷電機(jī)，電機(jī)的作用就是通過轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)螺旋槳的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而提供升力。

槳葉：槳葉固定在電機(jī)軸上，隨電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，為無人機(jī)帶來升力，實(shí)現(xiàn)飛行。

動(dòng)力電池：航拍無人機(jī)目前多使用鋰聚合物為動(dòng)力，把數(shù)片電芯串并聯(lián)在一起，為飛行提供動(dòng)力。

槳葉、電調(diào)、電機(jī)

圖傳系統(tǒng)

圖傳顧名思義就是把飛機(jī)上看到的圖像傳輸?shù)绞褂谜呙媲暗钠聊簧?，除畫面外，圖傳也傳輸飛機(jī)的飛行數(shù)據(jù)。因此使用者可在顯示屏、APP上看到飛機(jī)實(shí)時(shí)的圖像和高度、速度信息。圖傳通常使用5.8G、2.4G頻段。

常用的圖傳有模擬圖傳和數(shù)字圖傳兩種，目前在航拍無人機(jī)中數(shù)字圖傳以質(zhì)量高、傳輸距離遠(yuǎn)的優(yōu)勢更受消費(fèi)者青睞。

而數(shù)字圖傳中，又以大疆的LightBridge技術(shù)效果最為拔群，不過最近以色列的Amimon CONNEX公司也推出了低延時(shí)的數(shù)字圖傳，不知道效果怎樣呢？

圖傳系統(tǒng)

云臺(tái)

如果有嘗試過手持手機(jī)步行錄像就會(huì)發(fā)現(xiàn)畫面存在抖動(dòng)，飛機(jī)機(jī)身的晃動(dòng)也會(huì)帶來畫面的抖動(dòng)，為了消除抖動(dòng)，就有了云臺(tái)。云臺(tái)通過三軸加速度計(jì)和三軸陀螺儀中獲取數(shù)據(jù)，并計(jì)算出傾角，反向修正位置來維持相機(jī)畫面的水平。

三軸云臺(tái)可消除各方向上的抖動(dòng)，為此云臺(tái)上有三個(gè)電機(jī)，如飛機(jī)向右傾斜，云臺(tái)向左反向傾斜，與地面保持相對(duì)水平，從而實(shí)現(xiàn)畫面增穩(wěn)。

GoPro 云臺(tái)

航拍相機(jī)

部分航拍無人機(jī)包含相機(jī)，有的則需要搭配GOPRO或其他相機(jī)。專用的航拍相機(jī)與普通相機(jī)基本相同，只是由于航拍被拍攝物一般離相機(jī)距離遠(yuǎn)，有物距大，景深大的特點(diǎn)，另航拍相機(jī)多使用廣角、定焦鏡頭。

這幾大系統(tǒng)，基本都是早年航模留下來的分類。

那么無人機(jī)身上的各個(gè)部件，到底有什么作用？

消費(fèi)級(jí)航拍無人機(jī)多為四軸和六軸，每個(gè)軸上的電機(jī)帶動(dòng)螺旋槳旋轉(zhuǎn)來產(chǎn)生升力，并以此飛行。目前主流的電機(jī)是無刷電機(jī)，電機(jī)分為定子和轉(zhuǎn)子，下圖的繞組線圈就是電機(jī)的定子，通過磁場驅(qū)動(dòng)永磁磁鋼也就是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)就轉(zhuǎn)起來了。

左邊為轉(zhuǎn)子，右邊為定子

常聽人們問這個(gè)電機(jī)是2212還是2312的？這四位數(shù)字到底是什么意思呢，其實(shí)這是電機(jī)的尺寸。這表示電機(jī)定子的直徑是23mm，定子的高度是12mm。前兩位數(shù)字越大的電機(jī)越寬，后兩位數(shù)字越大的電機(jī)越高。

常見的螺旋槳有塑料、碳纖等材質(zhì)，還有2、3葉之分，精靈4用的是兩葉的槳。為什么不用三葉槳呢？因?yàn)楹唵蔚脑黾尤~數(shù)并不能增加升力，還要考慮阻力，電池放電能力等因素。

螺旋槳也常用4位數(shù)來表示尺寸，例如精靈4采用9450槳葉，其中前兩位表示槳葉的直徑，后兩位表示槳葉的螺距。

螺旋槳的安裝的方式也各不相同，消費(fèi)級(jí)航拍無人機(jī)有以下幾種安裝螺旋槳的方式。

螺絲固定槳葉

通過螺絲來固定槳葉，常見于航模。

通過螺紋把螺旋槳旋轉(zhuǎn)固定在電機(jī)上，在電機(jī)旋轉(zhuǎn)的過程中由于旋轉(zhuǎn)的力會(huì)擰緊槳葉，但某些情況下會(huì)有射槳的風(fēng)險(xiǎn)。

快拆槳

如自緊槳螺紋損壞或電機(jī)由于堵轉(zhuǎn)陡停，會(huì)導(dǎo)致槳葉脫離電機(jī)飛出（射槳），因此目前國內(nèi)的飛機(jī)傾向于使用可靠性更高的快拆槳。

消費(fèi)級(jí)航拍無人機(jī)在機(jī)臂下方一般都有著LED燈，這燈并非僅為裝飾，而是大有用處的。

在飛行中前方紅色的LED燈起到了表明飛機(jī)位置和機(jī)頭朝向的作用，后方的燈則表明飛機(jī)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，例如飛機(jī)正常情況下綠燈慢閃，失控時(shí)黃燈快閃，低電量時(shí)紅燈慢閃。

無人機(jī)的電子設(shè)備也是怕水的，像手機(jī)一樣，進(jìn)水后會(huì)影響保修，因此在機(jī)身中貼有一張防水標(biāo)簽，遇水變紅，如果維修時(shí)這張標(biāo)簽是紅色，就會(huì)影響保修。所以雨天、大霧天還是不要飛行，回南天也要注意防止進(jìn)水。

上圖中間兩個(gè)大的圓孔是超聲波模塊，運(yùn)用了超聲波原理來在低空情況下精準(zhǔn)定高；兩側(cè)較小的兩個(gè)圓形是視覺定位模塊，類似兩個(gè)眼睛，利用了圖像識(shí)別技術(shù)使其在室內(nèi)也可懸停。

目前無人機(jī)避障有幾種技術(shù)，比如視覺避障、英特爾realsense技術(shù)、超聲波避障技術(shù)。

連接著相機(jī)和機(jī)身的部件叫做云臺(tái)，云臺(tái)可以保持相機(jī)在飛行時(shí)的穩(wěn)定，消除畫面抖動(dòng)。精靈4將部分云臺(tái)做到了機(jī)身中，使得整個(gè)機(jī)身線條更加流暢。

為保證畫面實(shí)現(xiàn)各個(gè)方向上的增穩(wěn)，云臺(tái)分別有三個(gè)軸：俯仰、橫滾、航向，每個(gè)軸都有一個(gè)電機(jī)，用于在飛機(jī)傾斜時(shí)讓畫面仍保持平穩(wěn)。

其實(shí)在最早飛的時(shí)候，飛無人機(jī)用的遙控器基本是這樣：

雖然看著很多按鈕、撥桿很酷炫，但是使用難度也很高，什么功能對(duì)應(yīng)哪個(gè)開關(guān)都需要進(jìn)行設(shè)置，油門行程校準(zhǔn)之類的操作也要自行完成。這樣一臺(tái)遙控器的使用指南往往長達(dá)數(shù)十頁，難倒了一眾新人。

后來在一體機(jī)中，為了能快速上手操作使用遙控器功能，遙控器被大大簡化了。

遙控器進(jìn)行更新后，更多的操作都可直接在遙控器上進(jìn)行，遙控器上加入了操作頻率高的拍照、錄像按鈕以及重要的返航按鈕。這時(shí)每個(gè)按鍵變得更直觀，人機(jī)工程做得更合理。

無人機(jī)術(shù)語

多旋翼：是一種具有兩個(gè)旋翼軸以上的旋翼飛行器，常見多旋翼有四旋翼、六旋翼、八旋翼等。那么無人機(jī)在操作運(yùn)用的過程中，又有哪些術(shù)語呢？

俯仰：Pitch，由美國手右搖桿上下控制，打桿控制飛機(jī)向前/后飛行。

由于圖示中的飛機(jī)是固定翼，所以在俯仰時(shí)會(huì)有高度變化，而多軸飛行器俯仰時(shí)不會(huì)有高度變化，只會(huì)前后飛行。

橫滾：Roll，由美國手右搖桿左右控制，打桿控制飛機(jī)向左/右飛行。

由于圖示中的飛機(jī)是固定翼，所以在橫滾時(shí)也會(huì)前后位置變化，而多軸飛行器橫滾時(shí)不會(huì)前后飛行，只會(huì)左右飛行。

航向：Yaw，有美國手左搖桿左右控制，打桿控制飛機(jī)向左/右旋轉(zhuǎn)。

由于圖示中的飛機(jī)是固定翼，所以在旋轉(zhuǎn)時(shí)也會(huì)有位置變化，而多軸飛行器旋轉(zhuǎn)時(shí)不會(huì)位移，只會(huì)原地旋轉(zhuǎn)。

由于操作習(xí)慣不同，遙控器的搖桿布局有三種，中國手（反美國手），美國手（多旋翼最常用），日本手。

炸機(jī)：飛機(jī)在飛行或起降過程中，由于操作問題或機(jī)械故障導(dǎo)致飛機(jī)撞擊障礙物或墜落的事故，統(tǒng)稱炸機(jī)。

爽飛：一般指在飛行期間沒有任何意外，飛行地非常順利。

一鍵放生：一般指一鍵返航時(shí)無人機(jī)飛丟，放生的原因可能是撞到障礙物、指南針受到干擾或者GPS失去信號(hào)。

提控回家：指無人機(jī)飛丟，找不到，無奈只能拎著遙控器回家。

冗余：為增加可靠性，在必備系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加備份。如使用雙IMU，在一個(gè)IMU故障時(shí)可由另一個(gè)IMU承擔(dān)其功能，六軸如動(dòng)力有冗余，在單個(gè)電機(jī)缺少動(dòng)力時(shí)仍可飛行。

信道：是信號(hào)在通信系統(tǒng)中傳輸?shù)耐ǖ?，如同一場地?nèi)多架飛機(jī)使用同一信道，圖傳會(huì)相互干擾。

過放：電池正常放電至截止電壓后，繼續(xù)放電導(dǎo)致電池內(nèi)部遭到不可逆的損壞。

射槳：在電機(jī)旋轉(zhuǎn)過程中，原本在電機(jī)上的螺旋槳脫離飛出被稱作射槳。

果凍：航拍中所說的「果凍」是由于震動(dòng)過大、減震球不合適等原因造成照片、視頻中出現(xiàn)類似下圖的抖動(dòng)現(xiàn)象，由于神似被戳動(dòng)的果凍而被成為“果凍”。

丟星：飛機(jī)GPS模塊搜不到足夠的衛(wèi)星，容易導(dǎo)致飛機(jī)無法定點(diǎn)懸停，發(fā)生飄移。

壓差：無人機(jī)鋰電池由數(shù)塊電芯串并聯(lián)而成，通常電芯電壓相近，電芯最高與最低電壓的差值即是壓差，壓差過大則電池不宜繼續(xù)使用。

還有哪些術(shù)語你不懂？或者你覺得應(yīng)該還有哪些該加進(jìn)來的呢？