【正文】 臺 任務(wù)載荷 測控站 情報(bào)處理站 車載集成運(yùn)輸與保障子系統(tǒng) 動(dòng)力裝置 機(jī)載數(shù)據(jù)終端 高清數(shù)碼相機(jī) 可 見光 /紅外攝像機(jī) 目標(biāo)跟蹤器 測控站數(shù)據(jù)終端 監(jiān)控平臺 備付件及工具 電氣設(shè)備 回收傘 圖像處理硬件 穩(wěn)定云臺 運(yùn)輸裝載車輛 彈射架 機(jī)載錄像 圖像拼接軟件 監(jiān)控軟件 測控天線 測控鏈路 車載單收終端 海事無人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 8 （二） 系統(tǒng)工作 方式 1)飛行器主要采用全自主程序控制的飛行模式，起飛后，按照設(shè)定的程序執(zhí)行探察任務(wù)及返航，飛行過程中可以通過測控站實(shí)時(shí)更改飛行模式及任務(wù)。操作員通過上行鏈路發(fā)送遙控指令到飛控計(jì)算機(jī)，通過飛行控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高度和航線的控制。 飛行器主要采用全自主程序控制的飛行模式，彈射起飛后，自動(dòng)控制程序可使飛行器根據(jù)預(yù)先設(shè)定的航線實(shí)現(xiàn)自主飛行，按照設(shè)定的程序執(zhí)行探查任務(wù)和返航并開傘降落 ，飛行過程中可以實(shí)時(shí)更改飛行模式及任務(wù)，能實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)盤旋 。 5)飛行器采用不同的任務(wù)載荷執(zhí)行相應(yīng)的 探查 任務(wù)，采用 可見光攝像機(jī) 和數(shù)碼相機(jī)執(zhí)行白天的 探查 任務(wù)，數(shù)碼相機(jī)主要用于分辨率要求高，需要飛行完成后進(jìn)行詳細(xì)分析的 探查 任務(wù)；夜間的 探查 任務(wù) 可選裝 紅外攝像機(jī)完成。測控站設(shè)計(jì)為便攜式，車載使 用時(shí)可嵌入車上固定位置。 7)車載單收終端 專用于車載接收遙測 /圖像信息，進(jìn)行圖像顯示和處理，不需測控站提供鏈路，便于系統(tǒng)獨(dú)立使用。 車載圖像工作站 專用于圖像處理， 為 便攜式 設(shè)備， 可從車輛上卸下使用 。 海事無人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 9 （三） 系統(tǒng) 工作 流程 海事無人機(jī) 從起飛前準(zhǔn)備直至返航降落、后期情報(bào)處理的工作流程見 圖 5 所示。地面站可以記錄、存儲和回放視頻和飛行數(shù)據(jù)信息，并設(shè)有網(wǎng)絡(luò)傳輸接口，具備信息實(shí)時(shí)傳輸與發(fā)布功能。 飛行器平臺 具有機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、操作簡單、靈活安全、超低空飛行、實(shí)時(shí)觀測等功能，能夠 適應(yīng)不同起降環(huán)境， 采取 多種 方式 起降 ，具有在一定 近海 復(fù)雜氣象條件下的飛行能力，能實(shí)現(xiàn)自主飛行、應(yīng)急返航和定點(diǎn)盤旋等功能。 2 方案指標(biāo) 方案 技術(shù) 指標(biāo) 見 表 2。 （ 1）氣動(dòng)布局 采用兩種機(jī)型的 氣動(dòng)布局 ，如圖所示 ， 主方案采用 HW30 雙發(fā)無人機(jī)，僅 需對垂尾改為高平尾布局 ， 機(jī)腹進(jìn)行水上起降 適應(yīng)性修改即可 。 （ HW30 雙發(fā)無人機(jī)） 海事無人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 12 （ HW04C 無人機(jī)） 圖 6 HW30/HW04C 型 機(jī)體布局 （ 2）結(jié)構(gòu) 與尺寸 飛行器機(jī)體拆分為機(jī)身、 機(jī)翼 等部分。機(jī)體采用復(fù)合材料模具成型。 海事無人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 13 飛控 / 導(dǎo)航油門舵面開傘切傘夜航燈PWMPWMPWMGPIO3 Gyro 3 ACC3 Mag氣壓傳感器衛(wèi)星RS 232任務(wù)載荷測控RS 422圖像電池電壓RS 422參數(shù)GPIO（ 4）飛行控制與導(dǎo)航 飛行控制與導(dǎo)航系統(tǒng)是無人機(jī)平臺的核心，負(fù)責(zé)平臺任務(wù)的調(diào)度與資源的管理，直接關(guān)系到無人機(jī)平臺與操作人員的信息交互與協(xié)調(diào)。 飛行控制與導(dǎo)航系統(tǒng)由飛控導(dǎo)航計(jì)算機(jī)、 MEMS 陀螺、加速傳感器、磁航向傳感器、氣壓傳感器、 GPS 衛(wèi)星接收 機(jī)以及伺服舵機(jī)等組成。飛行控制與導(dǎo)航系統(tǒng)組成框圖如 圖 7所示。 機(jī)載遙控接收天線接收地面的遙控發(fā)射機(jī)的射頻信號，送到機(jī)載遙控接收模塊，經(jīng)高頻放大、混頻、自動(dòng)增益控制、基帶解擴(kuò)解調(diào)后輸出遙控指令數(shù)據(jù) 流和航跡規(guī)劃數(shù)據(jù)流，送導(dǎo)航制導(dǎo)與控制分系統(tǒng)完成遙控?cái)?shù)據(jù)處理 。遙測發(fā)射機(jī)基帶板從功能的可分為三大功能模塊：圖像編碼模塊、處理芯片模塊、D/A 轉(zhuǎn)換模塊。每個(gè)功能塊分別由其核心器件外加外圍器件完成其各自功能，另外還包括一個(gè)電源模塊，完成基帶板的供電。遙測發(fā)射機(jī)射頻模塊從功能的角度可分為：上變頻模塊和功率放大模塊。 圖像 /遙測通道采用 OFDM 體制，構(gòu)成下行圖像傳輸鏈路，完成圖像數(shù)據(jù)與遙測數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)下行傳輸。各 子載波并行傳輸，減小了對單個(gè)載波的依賴性，其抗多徑衰落能力、抗碼間干擾（ ISI）能力、抗多普勒頻移能力等都得到了顯著提高。因此電氣系統(tǒng)是 飛行器 系統(tǒng)的重要組成部分。 傘降時(shí)，機(jī)體落地采用氣囊減震；為防降落后大風(fēng)拖拽引起機(jī)體損傷，設(shè)計(jì)有落地時(shí)自動(dòng) 拋傘功能。 任務(wù)載荷 由 穩(wěn)定云臺 和探測設(shè)備（高清數(shù)碼相機(jī)、可見光 /紅外 攝像機(jī)）等組成。 表 3 任務(wù)載荷 技術(shù)指標(biāo) 名稱 項(xiàng)目 方案 技術(shù) 指標(biāo) 任務(wù)載荷 照相與 攝像設(shè)備 *慣性穩(wěn)定云臺：方位角尋址范圍： ?160?，方位角尋址角速度： 0～ 60?/s，俯仰角尋址范圍： ?30?，俯仰角尋址角速度： 0～ 70?/s。 *可見光攝像： 720P，大視場： ～ 46186。 5%），具有自動(dòng)調(diào)光、自動(dòng)調(diào)焦、連 續(xù)變倍的功能，具備連續(xù)錄像 4小時(shí)并存儲的能力。 ? 設(shè)備選型 （ 1） 高清 攝像機(jī)機(jī)芯 實(shí)物圖 表 4 高清機(jī)芯參數(shù)對比表 品牌 Panasonic 型號 MH322 海事無人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 16 傳感器 1/ CMOS 有效像素 2M 最低照度 彩色 （ 50IRE Gain： high） 黑白 （ 50IRE Gain： high） 信噪比 大于 50dB 焦距長度 f= 變焦倍率 光學(xué) 22倍 數(shù)字 20倍 視場角 水平： 176。 白平衡 ATW/AWC/Manual/3200k/5600k/4200k 背光補(bǔ)償 多點(diǎn) /中心 /遮擋 /關(guān) 寬動(dòng)態(tài) 開 /關(guān) 作用于 1080p25/1080p30 電子快門 高速 1/50,1/120,1/2501/16000 長曝光 x2， x4， x8， x16， x32， x64， x128 光圈控制 自動(dòng) /手動(dòng)，等級可設(shè) 數(shù)字降噪 開 /關(guān) 等級可設(shè) 伽馬校正 運(yùn)動(dòng)偵測 開 /關(guān) 鏡像功能 水平 /垂直 /水平、垂直 /關(guān) 對比度 級別可調(diào) 自動(dòng)跟蹤 支持 透霧功 能 支持，級別可設(shè)置 同步系統(tǒng) 內(nèi)同步 視頻輸出 數(shù)字輸出（ LVDS） 1080/,1080/,1080/, 720/ 1080/50p,1080/50i,1080/25p,720/50p 分量輸出 (Y/Pb/Pr)： 1080/,1080/,1080/, 720/,480/ 1080/50p,1080/50i,1080/25p,720/50p, 576/50p 模擬輸 出 N制 /Pal制 通信接口 UART： COMS 5V 電源 DC612V 外形尺寸 50mmx60mmx94mm 重量 約 290克 （ 2）光學(xué)照相機(jī) 海事無人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 17 a) 機(jī)身 選擇： 相機(jī)選用 CANON EOS 5D Mark III， 并進(jìn)行裝機(jī)改造，如機(jī)上供電、拍攝控制、輸入輸出控制等，其性能 滿足指標(biāo)要求。 圖 8 CANON EOS 5D Mark III 機(jī)身實(shí)物圖 表 5 相機(jī) 主要 參數(shù)表 主要性能 機(jī)身特性 全畫幅數(shù)碼單反 產(chǎn)品定位 高端單反 傳感器類型 CMOS 傳感器尺寸 3624mm 最大像素?cái)?shù) 2340萬 有效像素 2230萬 光學(xué)變焦 影像處理器 DIGIC 5+ 最高分辨率 57603840 高清攝像 全高清（ 1080） 快門性能 快門類型 電子控制焦平面快門 快門速度 1/601/8000秒（場景智能自動(dòng)模式） b門： 301/8000秒（總快門速度范圍。5 級間以 1/3或 1/2級為單位調(diào)節(jié) 自動(dòng)包圍曝光：在 177。 定焦鏡頭另一大優(yōu)點(diǎn)是拍攝圖像無畸變，這對 后續(xù)圖像拼接 處理尤為重要； 綜合 考慮視場角 、光圈等 因素，選用 佳能 EF 50mm f/ USM 標(biāo)準(zhǔn)定焦鏡頭， 實(shí)物如 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。 測控鏈路基于無線電通信方式，采用數(shù)字通信體系架構(gòu)，上行遙控采用直接序列擴(kuò)頻抗干擾通信體制，實(shí)現(xiàn)對飛行器和 任務(wù)載荷 的控制，地面站接收和解碼遙測 /圖像信息，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的監(jiān)視、控制。 2 方案指標(biāo) 方案 技術(shù) 指標(biāo) 見 表 6。 （ 2）操縱、控制、引導(dǎo)海事無人機(jī)飛行以及任務(wù)載荷任務(wù)的執(zhí)行，實(shí)時(shí)接收、處理、顯示和存儲無人機(jī)傳輸下來的狀態(tài)信息、航跡和圖像及監(jiān)控視頻。 2 監(jiān)控軟件 系統(tǒng)標(biāo)配監(jiān)控軟件，用于管理通信接口、人機(jī)交互接口以及進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃等，并完成數(shù)據(jù)的計(jì)算和顯示。 3 技術(shù)方案 測控站 采取了目前國內(nèi)領(lǐng)先的多種先進(jìn)技術(shù)，結(jié)構(gòu)體系上采取一體化、模塊化、小型化集成設(shè)計(jì) ， 監(jiān)控平臺采用嵌入式 PC104 架構(gòu)，將遙控信號采集、網(wǎng)絡(luò)管理、 視頻 解壓、顯示模塊等硬件功能模塊集成于一體，輕便小巧，人機(jī)交互界面簡潔友好，實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)的監(jiān)