宿命对决：航拍无人机 vs 穿越无人机

duo2204

前段时间，飞哥给大家介绍过在深圳举办的首届世界无人机锦标赛测试赛，大家的反应也很热烈。



图片来自网络

虽然这种竞速用的穿越无人机，不能给你带来优美的航拍风光，但却会让你肾上腺素急速上升。这次飞哥就跟大家详细介绍一下，这种用来竞速的穿越无人机，与我们常见的航拍无人机有什么不同。

【样子大不同】

我们常见的航拍无人机，比如说这样：



Mavic Pro，图片来自网络

由于航拍的流行，所以大家都习惯了航拍无人机的形态：不是像 Phantom 一样的白色小架子，就是像 Mavic Pro 一样的灰黑色树蛙。
竞速用的穿越机呢？那可完全不同，它是这样：



竞速用的穿越无人机。图片来源：Beginner Flyer

大家都是无人机，为什么两者就这么不同？
首先，竞速用的穿越无人机需要更轻、更灵巧，所以会比一般航拍无人机要小、要轻。除了 Spark 和 Mavic Air 这种追求便携的飞机，大部分航拍无人机的轴距都会在 300mm 以上；但穿越机的轴距一般在 250mm 或以下，体积只有一般航拍机的一半左右，更容易穿越各种障碍。

【结构大不同】

航拍无人机需要负载三轴云台和优良的相机，所以要有更好的负载能力；加上航拍过程较长，需要更好的续航。所以，工程师在设计航拍无人机的时候，把电机放在机身的上方，让旋转的桨叶保持在机身上方，这样便能延长桨叶的距离。通过更长的桨叶，带来更好的能源效率和更好的升力。


简单来说，航拍机就像是用四个电机和桨叶，吊着飞行的直升机。虽然说这种结构能最大程度地增加无人机续航力和负载力，但当无人机快速运动时，偏低的重心会带来更大的惯性，影响飞行的稳定性（上图）。
反正航拍就是为了拍下美景，何需激烈的操作？所以，航拍无人机的极速有限，加速也相对柔和。


但是，竞速用的穿越机，经常高速转弯和变速，需要进行大幅度的侧倾，所以机身的稳定性十分重要。为了减少高速旋转和变速的大幅重心转移，也为了在侧倾时机体不会一边重、一边轻，穿越机尽量把电池置于机身中间。然后把电机置于与机体重心同一水平线。（上图）
因而，相比起“吊着飞行”的航拍无人机，穿越机更像是一台轻巧灵活的战斗机。

【内在大不同】

除了体积之外，航拍无人机在性能上也与竞速用的穿越无人机大不相同。航拍无人机为了拍摄稳定的画面，因此加入了像 GPS、气压计、超声波或视觉传感器等一堆电子设备，再配合大量的计算芯片和算法。航拍无人机需要在各种黑科技协助下稳定机身，导致内在设计十分复杂。



Phantom 4 Pro 的计算核心。图片来源：看炸机。

先进的悬停技术对于航拍十分重要，但对于追求速度和灵活的竞速无人机来说却十分鸡肋，也无端地增加了重量。因此，竞速无人机的组件追求简单，尽可能减少负重，很多时候连个像样一点的外壳都没有，底板、布线全部外露。



穿越无人机的结构相对来说十分简单。图片来源：eBay。

少了很多传感器和计算芯片后，穿越机应该很难操作吧。对，比你想像中还要更难操作。

【操作大不同】

在众多黑科技加持下，航拍无人机骨子里就是一台自动化的机器人。只要在定位模式 (Position Mode) 下，即使完全不进行操作，航拍无人机仍能在空中稳定悬定（下图）。原因不是无人机飞得平稳，而是无人机会通过 GPS 或视觉传感器感知位置，发现位置偏移了，无人机里的计算核心就向动力系统下达指令，飞回原来的位置。



无人机即使飘走了，也能通过 GPS 或视觉自动飞回原有位置。图片来源：来评测。

很多人都以为大疆无人机在没 GPS、没视觉定位下的“姿态模式”(Attiude Mode)，已经十分难以操作；但实际上在姿态模式下，无人机还有气压计来帮你稳住高度。



竞速用穿越无人机的快速爬升和俯冲。图片来源：TV FEED。

但穿越无人机面对立体的赛道时，往往需要进行快速的爬升和俯冲（上图）；如果仍然让电脑自动定高，将会严重影响升降的速度。因此，穿越无人机使用的自稳模式 (Angle Mode)，就连定高能力都没有，你只能通过不断控制油门来控制飞行高度。如果油门打多了，无人机会一飞冲天。打少了呢？又会直接摔下来。
有点困难吧。即使你是航拍大神，没玩过也不一定能玩得来。
要不要去某宝找一台玩具小四轴体验一下？

【难度大不同】

可能你已经把某宝小四轴玩到精熟，但这样就 OK 了吗？
不，竞速用的穿越无人机，还有更难操作的手法。



无人机能通过 IMU 感知机体倾斜，然后自动回正机身。图片来源：雷锋网。

一般航拍无人机的“姿态模式”和“自稳模式”，还有陀螺仪在协助稳定机身。只要航拍无人机上的 IMU 感知到机体重心偏移，飞控会自动修正飞机的角度（上图），把飞机的姿态回正，让飞机保持悬停。



无人机在高速飞行下的倾角。图片来源：Drone Racing League。

但在竞速比赛时，速度和加速能力，往往是胜负的关键所在。而决定无人机飞行速度的关键，又取决于机身的最大倾角 (Incline Angle)（上图）。如果在 Angle Mode 下，无人机的最大倾角会受到限制，同时也影响极速。此外，无人机会自动修正姿态，也会导致无人机不容易保持稳定的速度。
不少竞速穿越机的玩家，会在飞控设定里手动把倾角尽量加至最大，但倾角增加的结果，是无人机的动态变得极为敏感，加速度也远比航拍无人机要凶狠得多，不要说是刷锅，在转弯时不甩出赛道都已经很不容易了。



手动模式。注意遥控器右杆已经回中，但无人机仍然向右倾侧。图片来源：YouTube。

某些技术高超的一流飞手，会真真正正“手动模式” (Acro Mode)。飞手在打杆后会一直保持倾斜（上图），就能按自己的需要，自由调整无人机倾角，实现更高的极速和更快的加速，也能通过倾角调整来进行高难度的特技飞行。


这种模式的操作难度极高，飞手必须不断的手动修正无人机的姿态，才能保持悬停，否则飞机就会一直倾侧，然后像野马一样直奔。那种疯狂的体验，绝非某宝小四轴所能提供。
当你能把真正的全手动模式玩到 666，才是无人机高手中的真正高手。

【体验大不同

航拍无人机和穿越无人机，两者都采用四轴设计、都通过飞控改变四个电机的输出，控制飞行的方向，大家都同属无人机。但是应用场景不同，导致两者的设计和体验有着巨大的差异。
在航拍的世界里，能细致地控制手指动作，进行柔顺地运镜、圆滑地刷锅的飞手，就是高手。
但在竞速的世界里，能在极短时间内进行大量复杂但精准的打杆动作，让无人机能按着既定路线高速飞行，才是真正高手。
顺道说一句：竞速用的穿越无人机就不能航拍不？当然不是，而且拍出来的冲击力，与航拍无人机的冲击力完全不一样！当然，要求的技术就更高了。上方的视颜，是油管大神 RED-FPV 把 2017 年拍摄的镜头剪了个合集，穿越机在过山车、室内、悬崖飞行各种极限，但操作又丝般顺滑毫无卡顿，简直帅到炸。
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lihuaxun88

自组路过

kevin1002

牛批

loveav

那为啥要用四轴竞速呢？上固定翼加涵道风扇不是更爽？

xjbhrt

我就是觉得穿越机的图传真™牛B，在复杂的建筑内穿来穿去都不会丢包失联。
至今不敢入手无人机的最大原因就是太容易炸了。之前看视频经常有本来信号满满的，飞到建筑后面或者山后面瞬间失联的事，搞得人心惊肉跳的。

392236021

穿越机的大佬们还没进驻知乎？

青岛大疆守强

穿越机8比1的推重比你说哪个更爽

578983126

穿越机图传是模拟信号  画质比航拍机差好多  但延迟就只有几毫秒

追风少年

不丢包是因为它不是数据哈哈

wu18852138052

固定翼只能向前飞，不能像四轴一样能多方向飞行、也不能悬停

lhl428

手动是陀螺仪参与的谢谢。。。。话说倾角是什么你是想说rate吗，但是灵敏度是p参与计算的，而且穿越入门门槛就是手动可以吗。。。

tanxiao

建议学一下吊机。。。。

tangxin

是的，这里是我写错了，谢谢指正

雪落黄河

感觉和 宿命对决：傻瓜相机 vs 专业单反 这个问题差不多

xjbhrt

https://zhuanlan.zhihu.com/p/34506679
呐，你看看最后那个视频，你拿固定翼给我飞一下试试[飙泪笑]

ghj88

飞了手动才能体验那种跟手的感觉。

tpzmj

作为科普文章总体来说写得不错，但有几个小错误需要修正一下。
第一，关于结构方面的描述，图片上旋转中心点应该改为升力中心。升力中心一般位于桨平面，旋转中心一般位于升力中心和重心连线靠近重心的位置。航拍机重心位于升力中心下方，是出于稳定方面的考虑，这样的结构更有利于姿态回正。穿越机重心尽量与升力中心重合是为了灵活，这样可以用更小的力改变姿态。
第二，“还有陀螺仪在协助稳定机身。”这句话里面的陀螺仪要改成加速度计。陀螺仪是角速度计，起增稳（受外力干扰时候保持当前倾角）的作用，任何模式下陀螺仪都在工作 ，这是多旋翼能够飞行的基本。姿态回正是通过加速度传感器计算出机身与重力加速的夹角然后进行修正的。bf的调参软件提供关闭加速度计功能，穿越机如果全程手动模式飞行可以在调参软件关闭加速度计，不读取加速度就可以更高的频率去读取角速度，从而提高飞控的性能，提升飞行稳定性。

fsyg2003

不认同“偏低的重心会带来更大的惯性，影响飞行的稳定性”
1.惯性和位置没关系，应该指的是转动惯量
2.升力中心高于重心正是提高稳定性的设计

荒野冷风

无人机录的视频快放，有没有穿越机的感觉？
[思考]

ghj88

某些角度的运镜，航拍机还是很难做到的