【簡介：】無人機編隊的表演效果眾所周知，它不僅能夠滿足人們的視覺要求，還有望取代煙火表演達到零排放量的環(huán)保要求。除此之外，于拍攝而言，編隊飛行能夠在立體空間內(nèi)快速采集多角度的影像

無人機編隊的表演效果眾所周知，它不僅能夠滿足人們的視覺要求，還有望取代煙火表演達到零排放量的環(huán)保要求。除此之外，于拍攝而言，編隊飛行能夠在立體空間內(nèi)快速采集多角度的影像資料，在搜索救援中提供信息支持；對于物流而言，編隊飛行能夠靈活地派送貨物，協(xié)力運送重物；對于軍用而言，編隊飛行能夠密集突防，提高任務成功率。所以它的用途還是相當廣泛的。

1.無人機基本飛行控制原理 這種基本的控制算法已經(jīng)爛大街了，基本上都在用，在這簡單說一下。單臺無人機平穩(wěn)飛行是實現(xiàn)無人機編隊飛行的基礎。下圖是無人機平穩(wěn)飛行的關鍵技術原理，CPU實時采集姿態(tài)傳感器的數(shù)據(jù)，其中姿態(tài)傳感器包括三軸陀螺儀、三軸加速度計、三軸磁力計，依靠這9軸姿態(tài)信息進行姿態(tài)解算融合得到四元數(shù)和歐拉角，傳感器采集的信息作為當前姿態(tài)，目標姿態(tài)由遙控器的通道信息決定，二者偏差作為PID的輸入控制，姿態(tài)控制通過串級PID，外環(huán)角度環(huán)，內(nèi)環(huán)進入角速度環(huán)，整定內(nèi)環(huán)和外環(huán)PID之后輸出加到姿態(tài)控制上，完成無人機的平穩(wěn)控制飛行。

2.無人機定位

（1）測距定位 在每臺無人機上安裝距離傳感器，計算出各臺無人機之間的相對距離，然后進行數(shù)學建模，根據(jù)相應算法得出無人機的位置。它的優(yōu)點是計算所得位置比較精確，但是運算量比較高，另外三維空間中的距離傳感器種類很少。

(2）GPS+氣壓計 通過GPS獲得無人機二維平面位置，再結(jié)合氣壓計和超聲波模塊計算出高度，最終得出飛機空間位置。飛機在低空飛行時通常采用超聲波模塊獲取高度信息，精度很高，在高空時采用氣壓計。

（3）圖像識別定位 通過多個攝像頭獲取環(huán)境三維空間圖像，使用圖像識別技術將圖像進行處理，對飛行空間進行數(shù)學建模，將識別出的不同維度的無人機位置信息整合，可獲得三維空間中無人機位置。該方法在圖像識別過程中數(shù)據(jù)運算量也很大，另外受地域限制，只可在布有攝像頭的環(huán)境中飛行。 3. 防誤撞軌跡規(guī)劃 為防止無人機在變換隊形時發(fā)生碰撞，我們?yōu)槊颗_無人機設置一定的安全距離。如圖，以每臺無人機為球心，固定距離為半徑的球體設為其安全區(qū)域，其他無人機不得進入。若在飛行過程中需要經(jīng)過其他無人機的安全區(qū)域，該無人機必須繞行到達目標位置，不可直線行進，避免發(fā)生碰撞。

4. 位置信息共享 無人機如要完成整齊的編隊動作，必須統(tǒng)籌規(guī)劃所有無人機的實時飛行位置。為此，需要設定一臺無人機作為主機，其余為副機。主機負責接收信標臺的控制信息，然后進行解算，把預定路徑中每臺無人機的位置通過遠距離通信模塊傳送給副機，設置合適的信息格式，副機接收到主機的位置信息后把其作為自己的目標位置向其飛行，實現(xiàn)所有無人機的路徑統(tǒng)籌規(guī)劃。

600架無人機協(xié)同作業(yè)，展示特定姿態(tài)配合燈光秀是無人機編隊表演，目前在中國各地大放異采。每逢新春、中秋、國慶等佳節(jié)以及一些重大會議、活動，一些大城市都會以無人機飛行燈光表演形式，給人們帶來一場場視覺盛宴，

無人機編隊表演涉及到技術，除了單臺無人機飛行時需要的飛控、通訊、數(shù)傳、圖傳等技術，主要涉及到大量無人機的管理與協(xié)同。

1）無人機集群技術

無人機編隊表演離不開多架無人機的協(xié)作完成，這就會產(chǎn)生一種集群行為，即外觀上看起來一群實體聚集在一起兜圈或朝特定方向行動。而這種集群行為加上無人機技術，就產(chǎn)生了無人機集群技術，事實上最初的無人機集群概念就是起源于鳥群，以群體的形式出現(xiàn)，通過相互合作發(fā)揮共同作用。

2）集群控制算法

無人機編隊表演必須確定無人機之間邏輯上和物理上的信息關系和控制關系，針對出現(xiàn)的相關問題而進行的體系結(jié)構研究，可以將多無人飛行器系統(tǒng)的結(jié)構和控制有飛行器地結(jié)合起來，保證多無人飛行器系統(tǒng)中信息流和控制流的暢通，為無人機之間的交互提供框架。集群控制算法不僅可以保證多架無人機之間能有效地進行協(xié)同，而且可以不依賴于無人機的數(shù)量，即無人機可以隨時退出或者加入集群，而不會影響控制系統(tǒng)的整體結(jié)構。

3）通信網(wǎng)絡設計

在多架無人機協(xié)同任務自組織系統(tǒng)中，無人機作為通信網(wǎng)絡節(jié)點，其空間的分布決定了網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構，而不同的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構有著不同的通信性能。在一定的通信拓撲及性能下，根據(jù)所執(zhí)行的任務分配通信資源，提高通信質(zhì)量。

簡單來說，無人機編隊表演，每架無人機都將進行過多次全參數(shù)的飛行安全排查和按照實際飛行地點真實坐標模擬的驗證飛行及航線避讓，所以即便是通訊收到嚴重干擾甚至完全中斷的情況下，無人機仍然可以安全完成既定任務并返回起飛地點。任何個體飛行器的單一故障都不會影響其它飛行器的任務執(zhí)行，也不會拖累編隊整體任務安全完成。

在無人機編隊表演前，編隊團隊都要申請空域，公安報備，實地勘探飛行場地，協(xié)調(diào)通訊保障，策劃編隊表演腳本，不斷進行試飛、調(diào)試。