主流的無人機(jī)SOC介紹

　　在CES2016上，高通子公司Qualcomm Technologies、騰訊和零度智控發(fā)布并展示了一款基于高通驍龍F(tuán)light平臺的商用無人機(jī)YING，將于2016年上半年在全球上市。

　　驍龍F(tuán)light是一塊高度優(yōu)化的58x40mm開發(fā)板，專門針對消費(fèi)級無人機(jī)和機(jī)器人應(yīng)用而設(shè)計(jì)。驍龍F(tuán)light包含一顆驍龍801 SoC（由四顆主頻為2.26GHz的核心組成），支持GPS、4K視頻拍攝、強(qiáng)勁的連接性以及先進(jìn)的無人機(jī)軟件和開發(fā)工具，雙通道Wi-Fi和藍(lán)牙模塊，支持實(shí)時飛行控制系統(tǒng)，擁有全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）接收器，支持4K視頻處理，支持快速充電技術(shù)，而這一切全被整合在一張名片大小的主板上。帶來了最前沿的移動技術(shù)以打造全新級別的消費(fèi)級無人機(jī)。據(jù)了解，這款芯片可把4K無人機(jī)的平均價格從約合人民幣7791元拉低至約合人民幣1948-2597元，續(xù)航從20分鐘延長到45-60分鐘。另外，高通還設(shè)立了內(nèi)部實(shí)驗(yàn)室，研發(fā)無人機(jī)可以使用的計(jì)算機(jī)視覺芯片。

　　2016年，采用高通芯片平臺的無人機(jī)可能會越來越多，這種一體化的芯片平臺，也會大大加快無人機(jī)的研發(fā)和制造。據(jù)報(bào)道，高通已經(jīng)推出了這樣的芯片配套方案，名為“驍龍飛行平臺”，整合了無人機(jī)飛行和工作需要用到的處理器、通信芯片、飛行控制芯片以及高空攝像芯片。這一平臺甚至可以支持超高清視頻的拍攝。

　　除了高通，在CES2016上，英特爾展示了采用英特爾實(shí)感技術(shù)的Yuneec TyphoonH，內(nèi)置了高達(dá)6個英特爾的“RealSense”3D攝像頭，采用了四核的英特爾凌動（Atom）處理器的PCI-express定制卡，來處理距離遠(yuǎn)近與傳感器的實(shí)時信息，以及如何避免近距離的障礙物。至于遠(yuǎn)距離的3D攝像頭，Intel使用“主動立體成像原理”，它模仿了人眼的“視差”原理，通過打出一束紅外光，以左紅外傳感器和右紅外傳感器追蹤這束光的位置，然后用三角定位原理來計(jì)算出3D圖像中的“深度”信息。

　　三星在無人機(jī)產(chǎn)品線上推出了Artik5芯片，搭載1GHzARM雙核ARMCortex-A7處理器（Mali400 MP2 GPU），搭配的是512MB LPDDR3內(nèi)存以及4G eMMc閃存。支持Wi-Fi、低功耗藍(lán)牙，支持802.11b/g/n。此外，該芯片還能對解碼H.264等格式720p30fps的視頻進(jìn)行解碼，并提供了TrustZone。

　　值得一提的是國產(chǎn)芯片聯(lián)芯LC1860，目前已經(jīng)被包括大疆精靈4、零度智控1代采用。LC1860支持LTE-TDD/LTE-FDD/TD-SCDMA/WCDMA/GGE五模，集成4+1個CortexA71.5GHzCPU、雙核GPUMaliT628、Trustzone安全架構(gòu)等特寫。LC1860于2014年第三季度正式上市，是國內(nèi)首顆面向公開市場商用的28nm4GSoC芯片。發(fā)布短短一年時間，出貨量就已經(jīng)超過千萬，產(chǎn)品穩(wěn)定性經(jīng)過了市場檢驗(yàn)。這個平臺最大的優(yōu)勢是SDR軟件無線電，可以自定義和修改無線電頻段。采用SDR自定義無線電頻段，可以獲得比主流的2.4G WIFI更遠(yuǎn)的傳輸距離。

　　在剛剛結(jié)束的2016年香港春季電子展上，rockchip也首次推出了高清無人航拍一體機(jī)解決方案。這個方案采用RK3288芯片，其特點(diǎn)是沒有搭載云臺，而通過超強(qiáng)防抖高清航拍穩(wěn)像技術(shù)實(shí)現(xiàn)圖像穩(wěn)定?；?a href="http://m.makelele.cn/tags/陀螺儀/" target="_blank">陀螺儀角度及位移校正并采用優(yōu)化的運(yùn)動矢量估計(jì)與提取算法，提升相機(jī)影像清晰度，可一定程度取代傳統(tǒng)機(jī)械云臺?？蓪?shí)現(xiàn)13M的Camera數(shù)據(jù)采集，輸出1080P？30fps本地高清以及480P？30fps的遠(yuǎn)程傳輸雙通道穩(wěn)像碼流。RK3288芯片主打超強(qiáng)防抖穩(wěn)像技術(shù)與高速圖像處理能力，在航拍算法防抖技術(shù)上進(jìn)行極致設(shè)計(jì)從而提升航拍影像表現(xiàn)力并且縮小無人機(jī)體積，更適合個人便攜應(yīng)用。

　　此外，MTK在最近舉行的CITE2016展上，也展示了基于Linkit smart7688平臺的無人機(jī)方案。不過MTK工作人員表示，目前沒有專門針對無人機(jī)市場增設(shè)產(chǎn)品線的打算。

　　集成化“交鑰匙”將主導(dǎo)無人機(jī)行業(yè)

　　由于目前國內(nèi)的無人機(jī)廠商魚龍混雜，不少廠商在硬件平臺搭建上實(shí)力是有所欠缺的。之所以大部分采用單品機(jī)+圖傳、視覺模塊的方式，是因?yàn)镃ortex-A甚至X86處理器開發(fā)難度大。

　　然而當(dāng)高通、Intel這種芯片巨頭推出snapdragon flight這種集成度高而且計(jì)算能力非常強(qiáng)的平臺之后，游戲規(guī)則就會悄然發(fā)生改變。首先，硬件研發(fā)和制造成本轉(zhuǎn)移到了平臺的采購成本，只要硬件平臺的價格沒有高到離譜，總還是值得的。此外，當(dāng)這些小無人機(jī)忽然間擁有（相對于STM32等處理器）強(qiáng)大很多倍的計(jì)算能力之后，很多曾經(jīng)需要特殊設(shè)備才能完成的計(jì)算（如視頻編碼壓縮，目標(biāo)識別，視覺定位等等）在這一個平臺上就可以完成。

　　此外，除了高通之外，MEMS傳感器廠商如ST、ADI等廠商也在考慮推出他們的硬件平臺，到時候可能會將高性能CPU、慣性傳感器、基帶和射頻芯片、電源管理芯片等等集成到一塊電路板上，到時候無人機(jī)的開發(fā)門檻將進(jìn)一步更低。

　　這些MEMS傳感器主要用來實(shí)現(xiàn)飛行器的平穩(wěn)控制和輔助導(dǎo)航。飛行器之所以能懸停，可以做航拍，是因?yàn)镸EMS傳感器可以檢測飛行器在飛行過程中的俯仰角和滾轉(zhuǎn)角變化，在檢測到角度變化后，就可以控制電機(jī)向相反的方向轉(zhuǎn)動，進(jìn)而達(dá)到穩(wěn)定的效果。這是一個典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)。

　　至于用MEMS傳感器測量角度變化，一般要選擇組合傳感器，既不能單純依賴加速度計(jì)，也不能單純依賴陀螺儀，這是因?yàn)槊糠N傳感器都有一定的局限性。比如說陀螺儀輸出的是角速度，要通過積分才能獲得角度，但是即使在零輸入狀態(tài)時，陀螺依然是有輸出的，它的輸出是白噪聲和慢變隨機(jī)函數(shù)的疊加，受此影響，在積分的過程中，必然會引進(jìn)累計(jì)誤差，積分時間越長，誤差就越大。這就需要加速度計(jì)來校正陀螺儀，因?yàn)榧铀俣扔?jì)可以利用力的分解原理，通過重力加速度在不同軸向上的分量來判斷傾角。由于沒有積分誤差，所以加速度計(jì)在相對靜止的條件下可以校正陀螺儀的誤差。但在運(yùn)動狀態(tài)下，加速度計(jì)輸出的可信度就要下降，因?yàn)樗鼫y量的是重力和外力的合力。較常見的算法就是利用互補(bǔ)濾波，結(jié)合加速度計(jì)和陀螺儀的輸出來算出角度變化。

　　ADI亞太區(qū)微機(jī)電產(chǎn)品市場和應(yīng)用經(jīng)理表示，ADI產(chǎn)品主要的優(yōu)勢就是在各種惡劣條件下，均可獲得高精度的輸出。以陀螺儀為例，它的理想輸出是只響應(yīng)角速度變化，但實(shí)際上受設(shè)計(jì)和工藝的限制，陀螺對加速度也是敏感的，就是我們在陀螺儀數(shù)據(jù)手冊上常見的deg/sec/g的指標(biāo)。對于多軸飛行器的應(yīng)用來說，這個指標(biāo)尤為重要，因?yàn)轱w行器中的馬達(dá)一般會帶來較強(qiáng)烈的振動，一旦減震控制不好，就會在飛行過程中產(chǎn)生很大的加速度，那勢必會帶來陀螺輸出的變化，進(jìn)而引起角度變化，馬達(dá)就會誤動作，最后給終端用戶的直觀感覺就是飛行器并不平穩(wěn)。

　　除此之外，在某些情況下，如果飛行器突然轉(zhuǎn)彎，可能會造成輸入轉(zhuǎn)速超過陀螺儀的測試量程，理想情況下，陀螺儀的輸出應(yīng)該是飽和輸出，待轉(zhuǎn)速恢復(fù)到陀螺儀量程范圍后，陀螺儀再正確反應(yīng)實(shí)時的角速度變化，但有些陀螺儀確不是這樣，一旦輸入超過量程，陀螺便會產(chǎn)生震蕩輸出，給出完全錯誤的角速度。還有某些情況下，飛行器會受到較大的加速度沖擊，理想情況陀螺儀要盡量抑制這種沖擊，ADI的陀螺儀在設(shè)計(jì)的時候，也充分考慮到這種情況，利用雙核和四核的機(jī)械結(jié)構(gòu)，采用差分輸出的原理來抑制這種“共?！钡臎_擊，準(zhǔn)確測量“差?！钡慕撬俣茸兓５承┩勇輧x在這種情況下會產(chǎn)生非常大錯誤輸出，甚至是產(chǎn)生震蕩輸出。

　　“未來飛行器上的MEMS產(chǎn)品也會向集成化方向發(fā)展，比如3軸加速度加上3軸陀螺儀的集成產(chǎn)品，甚至是SOC，把處理器也集成進(jìn)去，直接提供角度輸出供后端處理器調(diào)用。由于飛行器的應(yīng)用場景一般都是戶外，客戶勢必會做全溫范圍內(nèi)的溫度補(bǔ)償，而在出廠前就對MEMS產(chǎn)品做好了全溫范圍內(nèi)的溫補(bǔ)，或者是設(shè)計(jì)超級低溫漂的傳感器，都會是MEMS產(chǎn)品在這一領(lǐng)域的發(fā)展方向。當(dāng)然可靠性依然是最重要的指標(biāo)。”他認(rèn)為。

　　隨著無人機(jī)的功能不斷增加，GPS傳感器、紅外傳感器、氣壓傳感器、超聲波傳感器越來越多地被用到無人機(jī)上。方案商已經(jīng)在利用紅外和超聲波傳感器來開發(fā)出可自動避撞的無人機(jī)，以滿足將來相關(guān)法規(guī)的要求。集成了GPS傳感器的無人機(jī)則可以實(shí)現(xiàn)一鍵返航功能，防止無人機(jī)飛行丟失。而內(nèi)置了GPS功能的無人機(jī)，可以在軟件中設(shè)置接近機(jī)場或航空限制的敏感地點(diǎn)，不讓飛機(jī)起飛。