（一）需求分析

近两年，无人机编队表演可谓最火爆的灯光秀表演，它特有的科技感、强可塑性、艺术性受到了众多晚会节目、发布会、活动现场、景区表演、婚礼现场的青睐。与其他的灯光表演不同，无人机编队表演无论是室内抑或是室外，其可定制化满足了大众想的要独一无二的专属表演的需求，同时不停地推陈出新，适应市场的快速发展，将前沿科技的魅力展现得淋漓尽致。通过无人机编队表演，将文字、造型、LOGO等于夜空中放大呈现，获得更好、更具个性的展示（见图10-11）。

图10-11无人机机群表演

（二）解决方案

1、无人机编队飞行只需一台电脑控制，操作界面上能显示无人机群的数量、速度、高度、定位，只需要一个人点击启动，几百架无人机即可腾空而起组成既定图案。

2、如果有无人机“掉队”，飞机会自动调整迅速回到任务的执行中。如果这套指令失效，无人机会自动启用备案指令，选择自主悬停、返航，退出队伍，为“队友”让路。

3、系统既可按照预定方案飞行，也可进行实时操作，配合地面编排节目，地面站也可以对单个飞机发出指令，随时变换位置或者灯光颜色等（见图10-12）。

图10-12无人机表演流程

大规模无人机协同运动需要解决授时、导航、抗干扰、路径协调等多个难题。为了解决干扰问题和控制，每架无人机都有独立的IP地址，就像计算机在网络上的地址一样。无人机地面站同时对上千架无人机进行控制，并接收它们实时反馈的数据。

公司采用国内开放的2.4G频段通讯，集群控制理论上可以做到上万台，但是2.4G频段带宽非常有限，需要不断地对通信数据做优化。尽量减少每台飞机和控制台之间的数据量，既能保证最低量的通信，又可以利用有限的带宽传输更多数据。另外2.4G频段最为开放，自然干扰也特别大，常会有编队掉线或停止响应的情况。因此，公司在一台飞机上安装有三套不同的通信方案，形成冗余控制系统，做到地面站实时控制+程序自主飞行相结合的模式。

当控制信号被干扰、丢失或停止响应的时候，无人机内部的预置程序也能独立完成编队飞行。以克服因信号干扰导致的表演失败的情况。起飞的时候，地面站会初始化所有无人机的时间，以确保无人机在天空中可以按照统一的时序进行自主飞行。尤其是队形变化的时候，如果时序不对，无人机就可能撞到一起。

千架无人机分布在一个不算广阔的空域中，编队非常密集，天空中每架无人机之间的距离只有3～5米。普通无人机采用GPS和Glonas双星定位时，理论上定位精度为1米，也就是机与机之间的误差为2米，这对表演来说是一次巨大的挑战。为了确保安全，大规模表演无人机通常要采用RTK差分定位系统。它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度（见图10-13）。

图10-13GPS和GLONASS双星定位

（三）应用案例

2020年10月14日晚，长春举办了无人机产业博览会，作为我国无人机领域展示面积最大、参展企业最多、参展无人机数量最多、参展企业实力最强、布展水平最高、活动内容最丰富的博览会。博览会期间在友谊公园连续3天进行1000架无人机集群表演（见图10-14）。

图10-14无人机编队表演

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