新型无人机设计与运用

陈启佳

（广州市高级技工学校，广东 广州 510000）

0 引言

在有序控制的影响下，无人机具有相对优良的机动性、隐蔽性和控制性等特点。它适合于在敌对关系中进行侦察活动，增强战斗技术指导并补充空中侦察的完整性，可以为相关行业提供有价值的信息。小型四旋翼无人机的设计轻巧简单，使其被广泛应用于各个领域，为相关产业和技术的发展提供了技术支持，并充分展现了无人机控制技术的优势和运用价值，对未来社会中增加生产的经济效益非常重要。

1 新型无人机设计

1.1 四旋翼无人机结构

（1）无人机地面控制站程序用于实时查看无人机位置。在获得无人机飞行的实时信息后，对其进行有效处理，并对无人机控制信号进行处理。在控制器中完成收到后，将同时发送控制信号[1]。

（2）四旋翼无人机进入指挥引导系统，两种系统均安装在无人机结构中，其应用能力是使用各种传感器（例如陀螺仪）完成对无人机飞行数据的测量。当传感器收集无人机飞行数据时，可以实时完成分析，并将信息返回到地面控制站以获得有关无人机飞行器的各种信息，然后控制站完成了信号计算。机上信息包括位置、飞行速度、飞行角度等信息。该通讯系统与根据航空交通管制计划运作的地面管制站相连。地面控制站接收的控制信号分析，并通过算法分析然后将其集成到发动机控制中，从而将其集成到发动机控制信号中。控制包括转子旋转方向和旋转角度以及旋转速度[2]。

1.2 新型无人机设计的结构特点

（1）出色的机动性，高度的飞行适应性以及能够在各种条件下完成任务。与固定翼无人机不同的是，四旋翼无人机不需要制造跑道，可以垂直飞行和停飞，这增加了飞行灵活性，降低了飞行速度[3]。

（2）机械结构非常精确，操作简单易学。与直升机设计相比，新型无人机的机械化设计更加紧凑。同时，螺旋桨数量为4个，它们产生推力，可以给无人机额外的控制尺寸。与单螺杆推力相比，它可以通过简单的控制程序提供多个无人机座椅。

（3）飞行噪声小，隐蔽性好。无人机的四个螺旋桨可以消散飞行时的风力，并且每个发动机的工作功率都是可调的，以减少噪音。小型推进器可以科学地帮助避免被热雷达探测到，从而改善了四旋翼无人机的伪装，从而有效地获得了目标侦查领域的数据信息，适应娱乐休闲、高空摄影、地理测绘、信息侦查等应用场景[4]。

2 新型无人机控制过程

2.1 控制原理

无人飞行器是自动飞行的设备，不需要搭载操纵者，其控制机制相对简单，框架分析程序是基于自动控制原理的。在这一阶段，自动控制技术的形成依赖于反馈概念，以提高控制技术的稳定性，保证无人机的稳定运行。反馈理论由数据测量、数据比较和指令执行三个要素组成。在测量过程中，可以获得假定变量的具体数据，并与目标值进行比较，而控制器可以利用实时偏差控制预期对象，提高了系统响应精度，降低了系统响应偏差优化控件。地面控制站运行期间，执行的指令通过地面控制站和控制系统传输到无人系统。执行指令期间，位置、飞行速度和飞行状态等信息将被探测系统接收，然后传送到地面控制站。地面控制站的工作原理与无人驾驶控制系统中的控制相同。无人机控制系统中的伺服机构类似于无人机的推进器。

2.2 PID控制器

无人机有很多控制选项，而研制人员将根据控制难度，尝试将其添加到无人机控制系统中。但是，随着控制器的组成越来越复杂，相应的改进取决于模型设计的可靠性，与PID控制器相比并不理想。因此，在大多数无人机控制系统中，现阶段采用PID控制器作为主要控制算法。控制器的PID字母表如下：P代表英文缩写“proportional”，I代表英文缩写“integral”，D代表英文缩写“derivative”。这种控制器结构比较简单，用途广泛。作为PID控制的一部分，按P代表比例控制，I代表积分控制，以消除静态误差，D代表微分控制，可提高无人机的动态响应能力。由于PID控制器具有简单、适应性强的特点，在无人机操作领域得到了广泛的应用和发展。

2.3 多址通信控制

无人机在飞行过程中，很容易引起通信干扰问题。因此，提出了一种多访问通知管理技术。这项技术的基本概念是：根据该组中无人机的真实飞行性能分为若干部分。对于多个地址，请使用这些地址以完成有效信号接收，加强信号分离，然后进行信号净化和扩展，有效的信号识别和缩短飞行时间。UAV在组中造成的通信干扰。例如，在地质勘探期间，总共发送了四架无人机进行联合飞行。在飞行过程中，按一下按钮以每秒完成读取和收集信息，并在2个通道中添加不同的传输地址。在1信道上，波频设置为16kbit/s，信号2设置为1kbit/s以上。这种通信控制方式可有效完成4架无人机的信号采集，信号频率为1100Hz、1200Hz，分别为1300hz和1600hz。根据无人机的信号频率，它们由信号处理器处理，分离器可分离信号，放大器可完成信号清理。处理完成后，将检查信息以尝试获得最佳的通信结果。

3 控制模拟分析

3.1 模拟设计

在通讯管理的基础上，研发人员进行模拟以测试通讯管理的能力。作为航空摄影的对象，选择了四架无人飞行器，它的传输持续10秒。通过传感器获得了无人机的通信频率：1100Hz，1200Hz，1300Hz和1600Hz。设置两个数据通道，波特率分别为16Kbps和17Kbps。无人机的操作的要素包括爬升，变速和着陆。在实验的早期阶段，使用K最近邻算法和随机方法完成了机器学习过程，共有4822个样本和158165秒的学习时间。

3.2 模拟结果

将实验时间影响结果分析的可靠性因素考虑在内模拟实验共进行了15分钟，进行了90次信号传输和实时特征观测。实验完成后，传感器记录通信响应周期。实验结果如下：①实验时间15分钟；②无人机通信信号识别效率达98.35%；③飞行稳定性100%，碰撞概率0左右；④通信响应时间0.22秒。

根据实验结果，在15分钟的通信控制试验期间，多组无人机一起飞行。控制效率好，信号识别率98.35%，飞行稳定性100%，几乎无碰撞可能性。在爬升、变速和着陆过程中，平均通信应答时间为0.22秒，可满足大部分无人机操作，说明了通信控制技术的可行性。

3.3 模拟分析

通过实验结果可以发现，多组无人机同时飞行会产生一些干扰通信的问题。因此，传感器、通信技术和PID控制器是控制无人机的有效手段。此外，在后续无人机控制研究中，应更多关注大气、多雨、电磁和其他环境因素，以及学习如何控制关于干扰的影响，以确保更稳定的无人机性能。

4 无人机的应用问题

4.1 隐私问题

目前，我国有关无人机的法律法规尚未最终确定，仅在某些地区通过了相关法律，虽然用户能够使用无人机轻松地从公众那里收集个人信息，包括地理位置，生物特征等以及通信内容等，但它的应用可能危及隐私，增加泄露个人信息的风险。

4.2 噪音

无人机的飞行模式是由叶片螺旋旋转引起的推力向下上升。飞行过程中会产生一定的噪声，主要是机械噪声和空气动力噪声。机械噪声主要是由机体发动机转动引起的摩擦和振动引起的。空气动力噪声是由叶片在旋转过程中相对于空气的摩擦和振动引起的。这些噪音可能导致无人机在拍摄时无法有效地记录原始声音，其物体也容易受到噪音的影响。

4.3 安全问题

首先，一些用户在禁飞区测试无人机，工作可能干扰飞行器飞行并对社会造成潜在危险；其次，当无人机发出信号时，它对来自磁场的干扰非常敏感，这会导致身体失去控制，发生事故；最后，无人机叶片的快速旋转对人类及其周围生物体的安全构成了极大威胁，每年都会发生许多事故。

4.4 业务问题

由于无人机的某些操作需要逆向控制，所以技术上不合格的新手，遇到危险并引发事故，容易上浮。当远程控制信号断开时，用户在操作过程中无法立即回电无人机。此外，无人机的飞行受天气条件影响，在强风影响下失去控制，偏离航向。

5 无人机的多领域应用

5.1 农业方面

无人机的高功率和高载荷可以满足农业生产的一些需求。经过计算机编程，无人机可以实现有计划的播种，不仅提供了播种密度，而且提供了最终的结果。使用无人机浇灌和喷洒作物可以提高效率，节省人力资源。

5.2 救济方面

自然灾害发生后，无人机可立即对情况进行实时定位，有效防止救援人员在救援过程中出现险情，提高救援速度，保护自身安全。新冠疫情期间，学校、医院等公共场所在疫情防控重点领域使用无人机，提高了区域消毒效率，保障了人员的健康安全。

5.3 物资运输方面

近年来，许多物流公司快递和配送公司尝试使用无人机代替传统的人工配送，取得了地区性成果。例如，京东在海南和贵州交通不便的地区为用户提供无人值守的商品递送服务。与原有人工投送的不足相比，无论地形如何，都能做到直达、高效、快速投送。

5.4 交通方面

无人机在空中捕获的图像可以在地面坐标中准确地重建，也可以用来监视活动。以前只能在直升机上使用的鸟瞰观察效果，现在可以使用无人机来实现[5]。有效的全球监控功能可以减少交通事故和交通拥堵。例如，当交警使用无人机执行法律时，他们可以不受限制地自由执行任务，从而提高了效率。

6 结语

综上所述，四旋翼无人机利用其相对简单稳定的设计，经典部件以及方便的操作和维护，使其制造、操作和维护更加经济。同时，在实践中，无人机更加灵活，具有很强的覆盖能力，在其他领域得到了广泛的应用和逐步使用。例如，配送服务京东（JD.com）集成了无人机控制程序，并出现在网络市场经济中。同时，无人飞行器也已有效地用于火灾监测，森林保护，监测地质困难地区，制定失踪人员救援计划以及有效获取遥感图像数据等领域。因此，加强对无人机的控制并改善其应用性能尤为重要。