快运定位无人机研究

金振洲 姚广霆 吉睿阳 李俍畲

摘 要：在社会日益发展的今天，及时的、快速的精确短途运输需求越来越大，如重要文件、急需药品，在城际之间、在城市内部的短途运输，快运定位无人机可以自动定位，快速准确的送达，满足人们的需求。

关键词：短途运输；无人机；自动定位

中图分类号：F259.2 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）34-0059-02

Abstract： Today， with the development of society， the demand for timely， rapid and accurate short-haul transportation is increasing. For example， important documents， urgently needed medicines， and short-haul transportation between cities and within cities can be located automatically by unmanned aerial vehicles （UAVs）， thus meeting the needs of people with fast and accurate delivery.

Keywords： short distance transportation； UAV； automatic positioning

引言

在社會日益发展的今天，及时的、快速的精确短途运输需求越来越大，如重要文件、急需药品，在城际之间、在城市内部的短途运输，快运定位无人机可以自动定位，快速准确的送达，满足人们的需求。譬如，某公司需要将一批珍贵文件档案或是核心零件快速发放给下属分公司，这就要求运输快速、准确、可靠。又或是珍贵药品急需运往灾区，乃至对于固定地域的精确制导巡逻，都可以运用本产品。当今社会，很多需要紧急运输的珍贵且价值巨大的物品，都可以用定位无人机进行运输，提高社会运行效率，这一应用前景广大。

1 快运定位无人机

快运定位无人机的优点是效率高，使用无人机作为载体，可以避免堵车等一系列问题，且装上了GPS定位模块，定位准确。自己可以全程检测，技术上已经实现全部智能化，为了增加可靠性，也可以必要时人工手动操作。

快运定位无人机的核心是GPS定位器，其中内置了“GPS模块”和“移动通信模块的终端”。通过将GPS模块获得的定位数据通过移动通信模块（GSM/GPRS网络）传到网站的一台服务器，从而可以实现在电脑看查询终端的地理位置。那么其原理是怎么工作的呢？GPS信号接收机对按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号进行捕捉，跟踪它们的运行状况，并进行放大、变换与处理，以便可以测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译导航电文，实时地计算出测站所在的三维位置，甚至三维速度和时间。在静态定位中，PS接收机在捕获和跟踪GPS卫星的过程中固定不变，接收机则对GPS信号的传播时间进行高精度测量，利用GPS卫星在轨道上的已知位置，解算出接收机的三维坐标。动态定位则是用GPS接收机测定一个物体运动过程中的相关信息再由软件系统根据这些信息进行处理，计算运行轨迹。

2 快运定位无人机工作原理探讨

由流体力学的基本原理可知，流动慢的大气压强较大，而流动快的大气压强较小。所以机翼的设计都是不对称的，上表面比较凸出，而下表面比较平，使得大气施加于机翼下表面的压力比施加于机翼上表面的压力大，从而产生升力。

本产品所选的是旋翼式的升空方式，因为这样更加的稳定，也更方便垂直方向的起降，旋翼机的旋翼不与动力系统相连，由飞行过程中的前方气流吹动旋翼旋转产生升力（像大风车一样），即旋翼为自转式，这样由空气传递到机身上的扭矩很小，无需专门抵消，减少了动力方面的消耗。这样的设计降低技术难度，增加了可靠性与性价比。

本产品的创新点则主要在于其结构形式，四个不论结构还是半径都相同的旋翼对称分布在机体的四个方向，并处于同一高度平面，四个电机也对称的安装在飞行器的支架端，支架中间则用来安放飞行控制计算机和外部设备。降低发动机与旋翼叶片相互之间的依赖性，增加可靠性。

四旋翼飞行器虽然只有四个输入力，但却是一种六自由度的垂直升降机，即拥有六个状态输出（如图1所示）。

3 快运定位无人机设计原则

对于动力系统的设计，我遵循简单实用的原则，为的是能够实现规模化生产，数字化应用。我采用无刷电机来提供核心动力。一头固定在机架力臂的电机座，一头固定螺旋桨，通过旋转产生向下的推力。不同大小、负载的机架，需要配合不同规格、功率的电机，所以电机的选择标准是效率，而非大小。

我们的产品最大的创新在于全新的GPS定位模块，它是一款功能强大的芯片模块，原理图如图2所示。

以前定位器都是复杂的一整套系统，复杂，重量大，价格比较昂贵，我们的计划是能把GPS集成到一小块芯片上，仅仅作为一个信号接收和发出的作用，具体的定位工作由卫星去完成，能够改变以往无人机自己携带定位器自重过大，续航能力差的弊端，而具体的轨迹计算完全由终端中心计算机软件完成。当然，这对于芯片的集成度提出了很高的要求，但我认为这是未来的发展方向，集成化，小型化，物物相连，最大程度的降低成本。

4 结束语

就可行性而言，这套产品的可行性是完全可行的。我们的芯片对于定位检测，和卫星相连后发回的实时数据显示，精准度还是相当高的，误差均在1米以内，至于最优轨迹的计算，目前软件还是有些问题，但之后一定会得到解决。

这套产品设计的初衷，我的考虑就是规模化，数字化，所有的零件不应该只是很独特的，而应该能实现规模化、智能化生产。所有的环节设计，我们都是根据这一要求，用电力与效率，创造美好未来，真正的用数字化谱写未来，让生活更美好。

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