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分享飞行中姿态感知

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多旋翼飞行器以自身动力驱动桨叶旋转形成升力,通过升力控制达成机体在空气中的姿态控制,飞行控制即是动力系统消耗能量与空气交互作用的过程。
风是人类最常见的自然现象之一,它是由太阳热辐射而引起空气流动,由于地球不停的运转,和太阳对地球表面不均衡的加热,就产生了不同变化规律的海风、大陆风、山谷风等。而室外飞行,随时变化的外部气流环境,直接作用和影响着机体姿态。再加上飞行器为抵消风力而修正姿态产生的开销,在某些情况下,续航时间甚至像无线电距离一样时刻随环境改变而变化,飞手对姿态感知的决断,亦时刻关乎安全飞行。
早期获取飞行器实时数据,源于OSD通过视频信号输出,为图传输出叠加过:卫星数、电压、速度、飞行器模式、高度、离家距离、返航角度、姿态值等一系列参数的视频信号。
因多旋翼飞行器无需机体升力设计,不存在机体失速问题,所以无空速管装置,OSD叠加速度实为地速,飞手无法得知机体真实风力情况。进而导致姿态值与速度往往最易被忽视,尤其在三轴云台目前成为标配,飞行器真实姿态在图传中被云台增稳消除。纯手动模式,也在RTF新机型中,彻底退出了历史舞台。新人则没有机会感受飞控异常时,唯有切纯手动模式(并非带定高、带增稳的ATT模式),根据P,R值修正姿态,完成迫降的刺激。
在多旋翼飞行器上,机体姿态与速度相互影响,互为因果,即使飞控一切正常,在超视距、大风、山谷、夜间等环境中飞行,姿态感知也是作业决策的重要依据。
上图为DJI IOSD界面
在悟、精灵3发布之前,用户都需单独购买和接驳IOSD MINI或IOSD MARK,达成OSD画面叠加。飞行器姿态通过OSD界面顶部中央的 P(仰俯) , R(横滚) 值和姿态参考线将机体姿态反馈给飞手。然而DJI 以 Lightbridge 一代试水高清数字图传以来,其实已有意将OSD转化为APP叠加模式。但因初代产品种种问题及价格高企,知晓者寥寥。
Inspire1 悟发布,高清数字图传才与APP叠加成熟结合。
SD时代的P , R和姿态参考线,也通过姿态球更加直观的体现。
在真实环境下,风力对飞行作业主要有哪些影响呢?
1、续航:外部风力较大时,动力系统需要消耗更多能量来完成定点,并尽量抵消姿态变形,续航时间会缩水,从而必然影响飞行距离。
2、飞行速度起伏:操控响应受风力影响,机体动能会高于或低于产品标称性能。
3、云台稳定度变差:要求苛刻的场合,导致录像和照片报废。
4、定点困难和航向干扰:需要飞手有更细腻和精准的操控。
因玩家手中亦有大量独立飞控和老产品尚在服役,本着继往开来的思路,我先从保有量较大的精灵2说起。精灵2玩家用于超视距和航拍飞行,一般都会采购IOSD MINI进行安装。
OSD画面顶部中央的姿态值,P的正负分别代表飞行器的抬头和低头状态。无风情况下,P负值越大,代表飞行器M1,M2电机正在执行减速,M3,M4电机正在执行加速,飞行器姿态处于低头前飞状态,反之亦然。R值同理应对横滚姿态值,负值越大向右倾斜越多,反之亦然。
风力越大,悬停要改变的P,R值就越多。脱杆悬停时P,R值几乎为零的夜晚,是拍摄夜景的好机会。
精灵2在无风天气,最大飞行速度为15米/秒,GPS模式则更少一些。
飞行时我们一般根据人体感知风力,按经验决定是否飞行,而飞行器感知的真实风力往往大得多。
有风天气,要怎样才能更安全的飞行呢?
这时需要关注静态悬停下的姿态值,和动态巡航时姿态值和速度两个指标!同时需根据机型在特定飞行模式下的性能,用无风天气姿态角与平飞速度的比例关系,估算风力。
以精灵2为例:当起飞达到11米高度后发现,飞行器需要以姿态值 P -8才能基本悬停定点时,代表机头迎风已达三级以上。随着飞行高度的增加,风力还有持续增大的可能。
由于地形不同,因此风的形成也不同,太阳辐射山顶受热快,白天山风上升,夜间山风向下。从地球表面到100m高空层内,空气的流动受到涡流、黏性和地面摩擦等因素的影响,靠近地面风速较小,离地面越高则风速越大。
这时候如有硬性作业需要,就需合理控制飞行高度、范围,并缩短作业时间。
例如:爬升到作业高度40米后,可通过巡航感知得知姿态值和速度关系。若姿态值以P -12,速度3~5米/秒,则作业高度风力大于四级,飞行范围和时间还需进一步缩水。通过降低高度,在一定程度上会缓解姿态开销。
一般经验是,如估算风力大于四级,不建议执行超视距飞行,触发失控返航更有很高概率只能耗尽电力而丢机。
若你的精灵2运气极度不佳,遇到下图这种情况,P值-24,速度只有3.2米/秒,离家还有925米,放心。。妥妥的需要执行一次寻机任务。
飞行器抗风能力,主要由飞行器外形、挂载、动力冗余、电池性能。飞手需要根据实际情况,动态调整作业方式。
DJI产品从最早只显示电压,靠飞手根据计时器结合电压计算返航时间;到精灵2智能电池通过电流计计算有效容量;
再进一步发展到悟最新电池固件,通过飞行距离、飞行高度、电池容量、电池电压、电池温度,综合考量得出可用飞行时间和可用姿态范围,虽说每一次的进步都让飞行更加安全。但依旧无法将变化幅度大,并无规律可循的姿态修正开销,以简单易读的方式,在APP界面中表达出来。而作为合格飞手,这些都是需要学习和了解的。
下面到新产品了~~~以悟为例,让我们先看看左下角这个精致的小球球,它的功能主体是PR值、姿态线的升级形态。其中也包含了返航点和飞行器相对朝向,并且当飞行距离增加时,代表飞行器箭头也会比例缩小。
当悬停在姿态球上表现为大姿态修正时,需留意飞行器离返航点的远近(或飞行器代表的箭头大小)。
通过下面这张图,可以非常直观的理解姿态球颜色比例与飞行器姿态的对应关系。
本逗逼图的经历来自于又一次嘬死飞行,详见趣闻亲身经历!
当摇杆仰俯打满时,姿态球蓝色占据更多比例,代表飞行器低头前进中,与老产品OSD叠加增大P负值同理。
从悟发布开始,大量优秀的夜景照片开始喷发,在DJI GO提供丰富即时的相机参数调控外,云台对自由模式的支持也功不可没。但夜景拍摄,对姿态稳定度要求更高,获取一张无暇的照片并不容易。同样长曝光参数,一致的ISO设置,却拍不出清晰的照片。
众所周知夜景拍摄为保证噪点小、画面明亮,大家往往设置为ISO100,高空拍摄曝光则长达5~10秒。纵然云台在自由模式可以极大抵消姿态、航向变化,而长曝光需要的稳定度依旧挑剔。如果我们能注意观察姿态球的变化,则有避开乱流和阵风的机会,在姿态球色彩比例最接近于50%按下快门,为云台争取最佳补偿时机。
如DJI愿意,其实可将DJI GO的姿态球改进得更加科学,将飞行器当前维持姿态开销电流与姿态球结合,默认蓝色代表维持当前姿态开销处于平均水平,黄色代表高电流开销状态,红色代表接近动力阀值。
例如:当姿态球处于黄色时,拍摄夜景就难以达成5秒以上曝光,只能高ISO作业。而当姿态球持续处于红色时,则代表飞行器遭遇大逆风、强阵风等场合,飞手可降低高度或选择降落。
飞手可根据飞行器剩余可用能量更好的控制机动。
最后总结一下:能适应环境的飞行作业,具有极高难度。需要飞手时刻保持高度敏锐的洞察力,能对飞行器的多种实时参数和环境做及时应变,唯有对不断飞行,累积经验,方可游刃有余。


1楼2017-01-10 14:26回复