(共37张PPT)
第16课
无人机创意飞行
（浙教版）九年级
全
01
教学目标
02
新知导入
03
无人机编队飞行基础
04
无人机编队飞行实践
05
单元小结与反思
06
随堂练习
08
课堂小结
09
板书设计
07
新知拓展
01
教学目标
1、信息意识：能够认识到无人机在信息获取和传递方面的重要作用，了解无人机作为一种新型信息工具的优势。
2、计算思维：理解无人机飞行的基本原理和控制逻辑，包括传感器数据的采集与处理、飞行姿态的调整等。
3、数字化学习与创新：掌握无人机相关的数字化工具和软件的使用方法，如飞行控制软件、图像编辑软件等，提升数字化技能。
4、信息社会责任：了解无人机飞行的法律法规和安全规范，树立正确的法律意识和安全意识。
02
新知导入
通过学习无人机编队飞行的原理和关键技术，了解无人机编队表演的基本流程;通过小组合作探究学习，能针对多架无人机编队飞行进行设计。
探究：
1、根据你的经验或想象，无人机编队适用于哪些领域
2、无人机编队飞行是如何实现的
02
新知导入
生活中，我们经常看到鸽子、大雁、蜜蜂等群体飞行，它们通过彼此间的信息交流，自发地形成有规律的飞行编队。借鉴生物群体交流信息和协调集体行动的方式，并将这样的智慧应用于无人机的编队飞行中，以优化其飞行模式。
03
无人机编队飞行基础
无人机编队飞行是指多架无人机为适应任务要求而进行的某种队形排列和任务分配的组织模式，它既包括编队飞行的队形产生、保持和变化，也包括飞行任务的规划和组织。
03
无人机编队飞行基础
1.编队飞行关键技术
常见的编队飞行关键技术包括通信、自主导航、集群控制、防碰撞、任务规划等。
(1)通信技术
编队飞行过程中，无人机之间需要进行实时通信，以保证飞行的协调性和安全性。无人机之间进行通讯是实现协同飞行、共享信息等功能的基础。编队通讯可以通过无线电、红外线、激光等方式进行。
03
无人机编队飞行基础
（2）自主导航技术
编队飞行需要无人机具备一定的自主导航能力，以实现在不同的环境下自主调整飞行轨迹和姿态。自主导航技术涉及传感器、导航算法、控制器等多个方面。
03
无人机编队飞行基础
（3）集群控制技术
编队飞行需要对多架无人机进行集群控制，以实现飞行的协调性和同步性。集群控制技术包括领航、跟随、协同等多个方面。
03
无人机编队飞行基础
(4)防碰撞技术
编队飞行过程中，无人机之间需要保持一定的间距和速度，避免发生碰撞。因此，需要采用高精度的避障和防碰撞技术，以确保飞行的安全性和稳定性。
03
无人机编队飞行基础
(5)任务规划技术
编队飞行需要对不同的任务进行规划和优化，以满足不同的需求。任务规划技术包括路径规划、任务分配、资源调度等多个方面。
03
无人机编队飞行基础
2.编队表演流程
无人机编队飞行的流程主要分为编队集结、编队保持和编队重构三个部分。其中编队集结分为编队形成和编队解散；编队保持分为编队朝任务区飞行和编队返回；编队重构是指编队朝任务区飞行过程中动态调整队形和进入任务区领域执行任务时的动态调整(如图16-1)。
图16-1 无人机编队飞行流程
03
无人机编队飞行基础
3.编队飞行实例
编队飞行是无人机按一定队形编组或排列飞行，应用范围广泛，除了军事领域外，也是近年来越来越受欢迎的一种艺术表演形式(如图16-2)。
03
无人机编队飞行基础
开动脑筋
在无人机编队表演中，若动态调整队形后，至少停留多少时间才能使编队呈现最佳视觉效果
在无人机编队表演中，动态调整队形后，一般至少停留 3 至 5 秒，才能使编队呈现最佳视觉效果。停留时间过短，观众难以深刻感受新队形；这个时长能让观众充分欣赏编队造型，也给予摄影师抓拍时间。具体停留时间会因表演场地、观众距离、表演内容复杂程度等因素而不同。
03
无人机编队飞行基础
新知拓展
根据你的经验或想象，无人机编队适用于哪些领域
无人机编队适用多个领域，包括文化艺术领域可增强舞台氛围、与艺术展览互动；商业营销领域用于企业新品发布、吸引购物中心人流和楼盘展示；教育科研领域可引入课程培养学生能力及供科研机构研究；城市管理领域能为规划提供数据、协助交通管理和进行环境监测。
03
无人机编队飞行基础
新知拓展
04
无人机编队实践
在广袤的宇宙之中，有一些恒星不像太阳一样“孤独”地运转，而是有另一颗恒星相伴，两颗恒星互相环绕运转，在天文学中叫作“双星系统”，即两颗恒星互绕旋转的系统(如图16-3)。
04
无人机编队实践
用无人机模拟质量相同的两个恒星互相环绕飞行以实现“双星环绕”效果，如图 16-4所示。
图16-4 无人机编队飞行示意图
04
无人机编队实践
新知拓展
无人机编队飞行是如何实现的？
无人机编队飞行主要依靠通信技术、定位技术、飞行控制算法和地面控制站实现。通信技术如 Wi-Fi 等用于地面控制站向无人机发送指令及无人机间通信；定位技术包括 GNSS 和惯性导航系统，为无人机提供精确位置信息；飞行控制算法根据预设编队队形和任务要求计算每架无人机的飞行轨迹和控制指令；地面控制站实时监控无人机状态并发送指令调整编队队形和执行任务。
04
无人机编队实践
新知拓展
04
无人机编队实践
1.问题分析
两架无人机相对摆放，并保持一定的距离(如2米)。联网成功后同步起飞，使用弧线坐标类的飞行模块，绕圆弧进行飞行，两架无人机的航线恰好拼成一个圆形轨迹，重复执行相同次数，最后降落。这就是“双星环绕”编队飞行的基本步骤。
04
无人机编队实践
授时 传统意义上，授时是指时间传递和核对时间，这里主要是指让多架飞行器接收同步信号，使其系统时间具有一致性，不同的授时方案，同步精度也不同。
知识链接
04
无人机编队实践
2.设计流程图
参照上述分析，以无人机模拟“双星环绕”效果，以环绕10圈为例，设计流程图如图 16-5所示。
图16-5 无人机模拟“双星环绕”流程图
04
无人机编队实践
3.项目实施
不同的无人机，编程环境和编程语言可能也不同，但完成任务的基本思路是相似的。根据上述分析和流程图，结合表16-1准备和实施无人机编队飞行。
表16-1 项目实施方案
实施项目 实施内容 提示
场地搭建 构建一个面积不小于4mx4m的试飞场地 场地尽可能空旷
程序设计 程序可以参照设计的流程图进行程序编写 设置编程模块参数时要考虑可能产生的误差
程序调试 采取逐段编程调试的方法进行调试，以提高调试效率 运行程序时要选择空旷的场地，避免碰撞
04
无人机编队实践
尝试用三架无人机以等边三角形的队形编队起飞，模拟三星系统相互环绕飞行，如图16-6所示。
亲身体验
图16-6 模拟三星环绕飞行示意图
05
单元小结与反思
本单元，你通过学习与完成每课实践任务，了解预测原理，了解影响人们选择出现方式的因素。感受人工智能对解决问题的思维方式产生的深刻影响。了解无人机的概念、无人机各部件的组成及原理，了解无人机编队飞行的原理。
05
单元小结与反思
课后可与家人、同伴开展分享、交流学习活动，和团队创造出满足预测出行要求的作品成果，通过编程实现多架无人机编队起飞。
05
单元小结与反思
亲爱的家人和朋友们：
本单元学习中，我了解了预测原理及影响人们选择出现方式的因素，感受了人工智能对解决问题思维方式的深刻影响。还认识了无人机的概念、各部件组成及原理，以及无人机编队飞行的原理。课后，可与家人、同伴分享交流，共同创造满足预测出行要求的作品成果，并通过编程实现多架无人机编队起飞。
谢谢！
06
随堂练习
以小组为单位，举办一次班级无人机编队表演秀。
为举办班级无人机编队表演秀，可按以下步骤进行：
一、前期准备
（1）组建小组，明确分工，确定负责人。
（2）选宽敞、无障碍物且信号好的场地，确保安全。
（3）准备无人机，检查调试，确保性能良好、电池充足。
（4）设计表演方案，确定主题风格、规划飞行路径和队形变化，结合音乐灯光。
（5）进行排练，熟悉流程和操作技巧，优化方案。
06
随堂练习
二、表演实施
（1）现场布置，设置观众席和表演区域，安装灯光音响。
（2）设备调试，确保无人机正常运行、信号稳定。
（3）开场介绍表演主题目的流程，播放开场音乐视频。
（4）按方案操控无人机编队飞行，注意安全和距离，结合音乐灯光。
（5）设置互动环节，增加观众参与度。
（6）安全降落无人机，主持人总结发言。
三、后期总结
（1）收集反馈，分析总结经验教训。
（2）整理资料，制作照片视频等。
07
拓展延伸
1、无人机编队飞行剪辑
07
拓展延伸
2、不同类型的无人机编队飞行：
固定队形编队飞行：这种编队飞行方式通常采用预设的固定队形，如三角形、正方形、圆形等。
动态队形编队飞行：与固定队形编队飞行不同，动态队形编队飞行可以根据任务需求和环境变化实时调整队形。无人机之间通过通信和协作，实现灵活的队形变换，以适应不同的飞行任务和场景。
自主编队飞行：自主编队飞行是指无人机在没有人工干预的情况下，通过自身的传感器和算法实现编队飞行。这种编队飞行方式具有高度的自主性和灵活性，可以适应复杂多变的环境和任务需求。
07
拓展延伸
3、无人机编队飞行的未来发展趋势：
智能化与自主化：随着人工智能技术的不断发展，无人机编队飞行将越来越智能化和自主化。无人机将能够通过自身的传感器和算法实现自主决策和协同飞行，无需人工干预。这将大大提高无人机编队飞行的效率和可靠性，拓展其应用领域。
多机协同与任务分配：未来的无人机编队飞行将更加注重多机协同和任务分配。无人机之间将能够通过通信和协作，实现更加复杂的任务分配和协同执行。
与其他技术的融合：无人机编队飞行将与其他技术不断融合，如虚拟现实、增强现实、大数据等。这将为用户提供更加丰富的体验和更加高效的解决方案。
08
课堂小结
本课程中，我们学习了无人机编队飞行。了解了无人机概念、部件组成及原理，认识到其在多个领域的应用，掌握了编队飞行的实现方式及面临的技术挑战，明确了未来发展趋势。课程拓展了知识，为进一步探索奠定基础。
09
板书设计
无人机创意飞行
一、无人机编队飞行基础
二、无人机编队飞行实践
课后作业：
利用模拟软件或小型无人机模型，尝试设计一个简单的无人机编队飞行方案，包括队形、飞行路径等，并说明设计思路。
https://www.21cnjy.com/recruitment/home/fine
