UAVS 建置

UAVS 建置分成三大部分，分別敘述如下(詳如圖 4-1)：

（1）定翼型 UAV

（2）可攜式地面控制站規格

（3）酬載相機規格

（1）定翼型 UAV

本案建置之 UAVS，其 UAV 型號為 DoDo Pro，採用複合材料機 身，翼展長 3.3 公尺，展弦比達 11，具有極佳的滑降比與抗風性能，

因此適合用於長時間之越野航拍任務。

圖 4-1 UAVS 示意圖

DoDo Pro UAV 空重 18 公斤，最大起飛重量 25 公斤，有效酬載 5

公斤以上，有效酬載空間達 16*16*20（公分），可同時配置單眼數位

特色 詳細說明

UAV 除飛行外，最重要的即是系統之精確性。UAV 的精確性除 了自動飛行航線精確性外，尚需確保航拍時之姿態穩定，以取得扭曲 少之照片。目前 DoDo Pro UAV 系統經過飛行控制率的調整，針對航 拍運用最佳化。如下列圖 4-2，任務實際飛行空速 60 海里，風速 約 20

~ 25 海里，約五至六級風；頂風約 13 海里，四級風；側風 約 20 海 里以上，五級風 ，航線的精度優於國土測繪中心規格要求之水平誤 差+/- 15 公尺 ，垂直誤差 +/- 15 公尺 空速誤差 +/- 8km/hr，同時俯 仰 (pitch) 與 滾轉 (roll) 角 +/- 2 度以內，具備優異之姿態保持特 性。

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

40 45 50 55 60 65 70

Time (sec)

air sp ee d, gro un d s pe ed (k ts)

H:/UAV/Flight-Data/DoDoPro3/2010-0119

圖 4-2 速度控制精度 +/- 8km/hr

2500 3000 3500 4000 4500

U A V E le v a ti o n ( m )

圖 4-3 航高控制 +/- 15 公尺

120.62 120.625 120.63 120.635 120.64 120.645 120.65 120.655 120.66 120.665 22.975

圖 4-5 俯仰 (pitch) 與 滾轉 (roll) 角 +/- 2 度以內

此外，DoDo Pro UAV 曾於東北季風時出海作業，當時季風風力 到達時速 40 海里，約八級風，UAV 仍能安全的返航，具備極高之可 靠性。

4250 4300 4350 4400 4450 65

70 75 mode, phase, wp

H:/UAV/Flight-Data/DoDoPro3/0119

4250 4300 4350 4400 4450 56

4250 4300 4350 4400 4450 -2

0 2 d_e, d_f (deg)

4250 4300 4350 4400 4450 -10

0 q (deg/s)10

4250 4300 4350 4400 4450 -10

4250 4300 4350 4400 4450 1790

4250 4300 4350 4400 4450 -2

4250 4300 4350 4400 4450 10

20 d_t (%)30

4250 4300 4350 4400 4450 -10

4250 4300 4350 4400 4450 -10

0 10 d_r, d_w (deg)

4250 4300 4350 4400 4450 -10

0 d_a (deg)10

4250 4300 4350 4400 4450 -20

0 p (deg/s)20

4250 4300 4350 4400 4450 -20

4250 4300 4350 4400 4450 -100

4300 4400 4500

-3 -2 -1 a_y (%g)0

圖 4-6 UAV 於 8 級風下作業紀錄

本案使用 DoDo Pro UAV 曾運用於國土測繪中心 97 年度「探測 感應器測繪平台架構規劃暨應用作業工作」一案中，已實際驗證其飛 行航線控制性能。在上述專案中採用 MicroStrain 之 3DM-GX1 姿態 與指向參考系統(Attitude and Heading Reference System, AHRS)與 BEI 生產之 MMQ-G 作為空三資料取得的來源。測試結果發現 60 萬元以 下之 AHRS 系統所宣稱之精度，尚須配合完整的地面裝置校正與無 人飛行載具動態的限制（如轉彎後尚須多少穩定時間）才能符合本案 所要求精度。因此在本案中，預備採用較 3DM-GX1 較精密之

MicroStrain 之 3DM-GX3-35 或是 XSens 之 MTI-G 等有 GPS 定位資 訊輔助之 AHRS 系統外，另外還會針對系統的裝置誤差、系統的強 磁校正、系統的穩定時間與航線的規劃進行整體的考量，以期使該系 統能提供準確之數據。

圖 4-7 強磁校正作業圖

另一方面，台幣 60 萬元以下的慣性量測系統如 IMU 或是 AHRS，

皆採用 MEMS 感測器作為感測元件，其精度與可靠度遠差於裝備雷 射陀螺儀或是光纖陀螺儀等戰術級的慣性感測元件。因此在第一年度 中，可藉著使用空中後方交會法來交叉比對該慣性量測設備的精確 度，並可以對第二年度的慣性元件採購提供一個重要的比較基礎。並 藉由掌握低價感測器之精確度來提昇在 GPS/INS 輔助法解算時的精

確度，相關比較請參考附錄 I。

在方便性的架構設計上，相關的系統軟體與規劃軟體之資訊都要 可以互相調用，在本案的規劃中，將使無人飛行載具航拍得資訊流程 可以與影像處理之資訊流程串接。藉由一貫化的軟體專案管理手法來 統一各航拍專案所產生的資料，使之可以在整個航拍專案生命週期 中，使用同一份專案文件進行管理。

目前 IMU 與酬載系統的結合使用的方法是利用飛控電腦來紀錄 所有的 IMU、GPS 定位、拍攝時間等各項參數，並於飛行降落後下 載該次飛行的所有參數。這個方式的好處在於可以簡化系統的複雜 度，缺點在於只要更改不同的 IMU / INS 設備後，飛控電腦的程式就 需要在更動一次。因此不管選擇的 IMU/INS 的種類為何，要更換硬 體設備時，就需要針對不同的軟硬體介面進行修改，但不會影響到其 他機內設備的配接。

本案今年度將採用有多次飛行資料的 MicroStrain 3DM GX1 作 為測試基礎，並據此建立相關性能參數的評估流程以作為後續選用具 有 GPS 輔助的 AHSR 設備的標準。

（2） 可攜式地面控制站規格

圖 4-8 多基地站控制

圖 4-9 任務執行規劃

（3）酬載相機規格

本案選擇使用 Canon 公司出品之 5D MKII 相機作為本年度計畫 之航拍酬載，並搭載相容之 24mm 與 50mm 鏡頭作為不同任務的焦 段選擇。所有的鏡頭與相機組合皆會經過地面率定，並根據實際需求 實際進行地面率定場航拍，以取得更適合的相機率定參數(詳如圖 4-10)。

圖 4-10 Canon 5D MKII 與 32GB 高速記憶卡

目前 UAVS 所使用之減震系根據飛機發動機之振動頻域選擇之矽 膠避震墊，其特點為重量輕、耐用，且提供頻率響應圖表，可更精確 的根據酬載重量與發動機運作振動範圍選擇適用之規格，確保酬載的 穩固性與防震特性。此種避震墊至今已使用 4 年以上，品質穩定，避 震效果極佳，可大幅提昇拍攝時相機之穩定性，並產生清晰無振動之 影像，拍攝成功率達 98%以上(詳如圖 4-11)。

圖 4-11 矽膠避震墊與響應圖

另外 UAVS 之飛行時速約 55 至 65 海里 （時速 90 至 120 公里）

相較於大型之航拍飛機，飛行速度仍屬較慢，因此受側風之影響而產 生之航偏角亦較為顯著。為了避免此一問題產生，本案提出使用單軸 向之雲台。單軸向雲台的設計是針對載具之偏航軸進行修正。飛控控 制電腦參考 GPS 定位資訊的航向訊號並與 AHRS 系統之磁羅盤的量 測值比對。根據這個差值調整次一單軸雲台，使航偏角對拍攝的差異 有效的減小，理論上可以減少側向風對於飛行航偏角的影響。

目前市面上並無販售適用於本案之單軸雲台，因此將就目前選定 之 Canon 5D MKII 相機為基準，進行該雲台的設計。