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ArduPlane 飛控系統的飛行資料可透過兩種方式記錄,一個是飛控板記錄,另 一個是地面站記錄。飛控板記錄被儲存在飛控板的快閃記憶體 (flash memory) 內,

在其開機完成後即開始記錄,可在飛行完畢後進行下載,地面站記錄則是飛控板 透過無線傳輸模組,在飛行過程中傳回地面站,再被儲存在地面站裝置上的記錄。

地面站記錄由於是經由無線電波傳輸回地面站,當無線電訊號接收不良或飛行器 超出接收範圍時,會造成飛行資料的缺漏,相較之下,飛控板記錄由於是直接儲 存在飛控板上,缺漏的機率較小,所以本研究選擇使用飛控板記錄來進行分析。

ArduPlane 的飛控板飛行記錄的類別眾多,使用者可選擇要儲存哪些類別,飛 控系統會根據使用者的設定,儲存選取類別之記錄,而不同的記錄類別會有不同 的記錄頻率,本研究使用的記錄類別與欄位,如表 5 所示。

本研究將撰寫程式對飛行記錄檔進行分析,以計算不同風向之路徑模式的六

入下一航帶,迴轉時UAV 的滾轉角較大,拍攝影像的傾斜位移也會較大,

不適合採用,故上述統計點位為每種模式的所有點位扣除兩航帶之間的 銜接路徑與迴轉範圍之點位。

2) 空拍路徑之高度維持

ArduPlane 飛控系統的高度資訊主要由氣壓感測器提供,氣壓感測器 偵測出當時所在高度的氣壓值,再與起飛前測得的氣壓值相減,求得與 起飛高度的氣壓差,再換算成高度差,也就是UAV 當時位置與起飛位置 的高度差。

高度維持衡量值H 之計算方式與位置精準度相同,以 GPS 記錄類別 內每一個位置點之高度誤差為基礎來計算,取出每個路徑模式中扣除兩 航帶之間的銜接路徑與迴轉範圍的所有點位,然後計算每個點位的高度 與目標高度之差,再取均方根誤差成為最後的衡量值,計算公式為:

𝐻 = �∑𝑛𝑖=1𝑖2 𝑛

其中n 為該路徑模式的統計點位之數量,hi為每個統計點位的高度與目標 高度之差,H 越小代表高度維持精準度越高。

3) 空拍路徑之飛行姿態

飛機的飛行姿態也就是飛機目前姿態相對於三個空間軸的旋轉角度,

如圖 25 所示,以飛機的橫軸為中心旋轉的角度稱為俯仰角 (pitch),由升 降舵控制;以飛機的縱軸為中心旋轉的角度稱為滾轉角 (roll),由副翼控 制;以飛機的垂直軸為中心旋轉的角度稱為偏航角 (yaw),由方向舵控 制。

圖 25 飛行姿態示意圖 資料來源:FAA [7]

ArduPlane 飛 控 系 統 的 飛 行 姿 態 資 訊 由 慣 性 感 測 元 件 (inertial measurement unit; IMU) 提供,慣性感測元件包含三軸加速度感測器 (accelerometer) 、 三 軸 陀 螺 儀 (gyroscope) 以 及 三 軸 地 磁 感 應 器 (magnetometer),其俯仰角的輸出值代表 UAV 飛控板與水平面之間的前後 俯仰角度差,後仰(爬升)時為正值,前傾(高度下降)時為負值;滾 轉角的輸出值代表UAV 飛控板與水平面之間的左右傾斜角度差,右傾時 為正值,左傾為負值;偏航角的輸出值代表UAV 的機頭方位,數值範圍 為0 至 359.99 度,0 度代表機頭朝北,90 度代表機頭朝東,以此類推。

UAV 機身的俯仰角及滾轉角會直接影響空拍相機的水平,所以俯仰 及滾轉的角度值可以直接代表傾斜率而進行衡量,但偏航角則僅在飛機 之偏航角與行進方向不一致時,才會影響影像之側向重疊率,故取偏航 角與行進方位角的角度差來進行衡量,此角稱為側航角。

必須特別說明的是,俯仰角與滾轉角的輸出數值為飛控板與水平面 之間的角度差,而非UAV 本身與水平面之間的角度差,而由於本研究在 實作技術上的限制,飛控板在安裝上較難完全與機身平面平行,後續的 機身平面之水平校正亦難以校正至百分之百水平,故飛控板輸出之俯仰 角及滾轉角與UAV 機身真實的俯仰角及滾轉角之間,存在些許的誤差。

也就是說,當UAV 機身保持理想水平時,飛控板輸出之俯仰角及滾轉角 可能不為0 度。為了解決此一誤差造成的衡量偏差,本研究以全部 16 條 航帶上所有點位,扣除兩航帶之間的銜接路徑與迴轉範圍之點位,取出

有效點位來計算俯仰角及滾轉角的平均值,以此平均值作為俯仰角及滾

實驗飛行的飛行速度是由UAV 控制,亦受風的影響,在扣除兩航帶

第 4 章 實驗與評估

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