資源簡介

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第16課 無人機創意飛行
課題 第16課 無人機創意飛行 單元 第三單元 學科 信息技術 年級 九年級
教材分析 本教材深入分析無人機編隊飛行的基礎原理，詳細闡述了通信協同、集群控制等關鍵技術，并通過實踐操作，指導學生完成無人機編隊飛行任務。教材內容全面，理論與實踐相結合，有助于學生全面了解無人機編隊飛行的相關知識，并提升實際操作能力。
學習目標 實踐意識：深入理解無人機編隊飛行的基本原理，包括通信協議、協同控制、路徑規劃等關鍵技術。通過小組合作探究學習，能夠自主設計并實現多架無人機的編隊飛行方案，包括隊形設計、飛行軌跡規劃等，體現實踐動手能力和團隊合作精神。在無人機編隊飛行設計過程中，能夠遇到并主動解決技術難題，發揮創新思維，不斷優化飛行方案，提升實踐效果。社會責任：認識到無人機編隊表演在文化傳播、科技展示、商業推廣等方面的社會價值，明確學習無人機編隊飛行的意義。在學習和實踐過程中，自覺遵守無人機飛行的相關法律法規和道德規范，確保飛行活動的安全、合法和文明。關注無人機技術對社會環境、公共安全等方面的影響，積極參與社會公益事業，利用無人機技術為社會做出積極貢獻。
重點 無人機編隊飛行的基礎原理無人機編隊飛行的實踐操作
難點 集群控制算法的理解與應用編隊飛行中的協同與同步
教學過程
教學環節 教師活動 學生活動 設計意圖
導入新課 通過無人機表演視頻的播放，讓學生對無人機編隊飛行產生興趣提出思考問題根據你的經驗或想象，無人機編隊適用于哪些領域 無人機編隊飛行是如何實現的 觀看無人機表演視頻學生討論問題，舉手回答問題 幫助學生對無人機編隊飛行產生興趣,對今日所學內容有個基礎了解。通過頭腦風暴的方式讓學生自主查閱資料討論內容 了解無人機的工作原理。打開課堂
講授新課 生活中，我們經常看到鴿子、大雁、蜜蜂等群體飛行，它們通過彼此間的信息交流，自發地形成有規律的飛行編隊。借鑒生物群體交流信息和協調集體行動的方式，并將這樣的智慧應用于無人機的編隊飛行中，以優化其飛行模式。一、無人機編隊飛行基礎無人機編隊飛行是指多架無人機為適應任務要求而進行的某種隊形排列和任務分配的組織模式，它既包括編隊飛行的隊形產生、保持和變化，也包括飛行任務的規劃和組織。1.編隊飛行關鍵技術常見的編隊飛行關鍵技術包括通信、自主導航、集群控制、防碰撞、任務規劃等。(1)通信技術編隊飛行過程中，無人機之間需要進行實時通信，以保證飛行的協調性和安全性。無人機之間進行通訊是實現協同飛行、共享信息等功能的基礎編隊通訊可以通過無線電、紅外線、激光等方式進行。(2)自主導航技術編隊飛行需要無人機具備一定的自主導航能力，以實現在不同的環境下自主調整飛行軌跡和姿態。自主導航技術涉及傳感器、導航算法、控制器等多個方面。(3)集群控制技術編隊飛行需要對多架無人機進行集群控制，以實現飛行的協調性和同步性。集群控制技術包括領航、跟隨、協同等多個方面。(4)防碰撞技術編隊飛行過程中，無人機之間需要保持一定的間距和速度，避免發生碰撞。因此，需要采用高精度的避障和防碰撞技術，以確保飛行的安全性和穩定性。(5)任務規劃技術編隊飛行需要對不同的任務進行規劃和優化，以滿足不同的需求。任務規劃技術包括路徑規劃、任務分配、資源調度等多個方面。2.編隊表演流程無人機編隊飛行的流程主要分為編隊集結、編隊保持和編隊重構三個部分。其中編隊集結分為編隊形成和編隊解散;編隊保持分為編隊朝任務區飛行和編隊返回;編隊重構是指編隊朝任務區飛行過程中動態調整隊形和進入任務區域執行任務時的動態調整(如圖16-1)。圖16-1 無人機編隊飛行流程3.編隊飛行實例編隊飛行是無人機按一定隊形編組或排列飛行，應用范圍廣泛，除了軍事領域外，也是近年來越來越受歡迎的一種藝術表演形式(如圖16-2)。圖16-2 無人機編隊表演開動腦筋在無人機編隊表演中，若動態調整隊形后，至少停留多少時間才能使編隊呈現最佳視覺效果 二、無人機編隊飛行實踐在廣袤的宇宙之中，有一些恒星不像太陽一樣“孤獨”地運轉，而是有另一顆恒星相伴，兩顆恒星互相環繞運轉，在天文學中叫作“雙星系統”，即兩顆恒星互繞旋轉的系統(如圖16-3)。圖16-3 雙星環繞示意圖 用無人機模擬質量相同的兩個恒星互相環繞飛行以實現“雙星環繞”效果，如圖16-4所示圖16-4 無人機編隊飛行示意圖1.問題分析兩架無人機相對擺放，并保持一定的距離(如2米)。聯網成功后同步起飛，使用弧線坐標類的飛行模塊，繞圓弧進行飛行，兩架無人機的航線恰好拼成一個圓形軌跡，重復執行相同次數，最后降落。這就是“雙星環繞”編隊飛行的基本步驟。2.設計流程圖參照上述分析，以無人機模擬“雙星環繞”效果，以環繞10圈為例，設計流程圖如圖16-5所示。圖16-5 無人機模擬“雙星環繞”流程圖3.項目實施不同的無人機，編程環境和編程語言可能也不同，但完成任務的基本思路是相似的。根據上述分析和流程圖，結合表16-1準備和實施無人機編隊飛行。表16-1 項目實施方案實施項目實施內容提示場地搭建構建一個面積不小于4mX4m的試飛場地構建等邊三角形時，最好能夠標注出三個頂點和邊線程序設計程序可以參照設計的流程圖進行程序編寫設置編程模塊參數時要考慮可能產生的誤差調試采取逐段編程調試的方法進行調試，以提高調試效率運行程序時要選擇空曠的場地，避免碰撞親身體驗 嘗試用三架無人機以等邊三角形的隊形編隊起飛，模擬三星系統相互環繞飛行，如圖16-6所示。圖16-6模擬三星環繞飛行示意圖 學生認真學習并掌握相關知識，了解無人機的飛行原理和實踐操作團隊合作，實踐操作無人機飛行 了解無人機的飛行原理和實踐操作培養學生團隊意識，提升學生動手能力
課堂練習 隨堂練習以小組為單位，舉辦一次班級無人機編隊表演秀。 通過查閱百度或其它資料，回答隨堂練習答案 鍛煉學生查閱資料分析總結、信息處理、演講表達等能力
課堂小結 本節課學習了無人機編隊飛行的基礎原理與實踐操作。我們深入了解了編隊飛行的關鍵技術，包括通信協同、集群控制等，并在實踐中親手操作，成功模擬了編隊飛行。通過本堂課，我們不僅掌握了理論知識，還鍛煉了實踐技能，為未來的無人機編隊飛行應用打下了堅實基礎。 分組總結歸納 鍛煉學生的總結能力，加強邏輯思維和語言表達能力
板書 無人機創意飛行知識點一、無人機編隊飛行基礎二、無人機編隊飛行實踐隨堂練習以小組為單位，舉辦一次班級無人機編隊表演秀。 根據知識點學習相應內容，完成相應隨堂練習 明確教學內容及重點和難點
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第16課 無人機創意飛行
浙教版九年級全冊
內容總覽
教學目標
01
新知導入
02
新知講解
03
隨堂練習
04
拓展延伸
05
課堂總結
06
目錄
教學目標
實踐意識：
深入理解無人機編隊飛行的基本原理，包括通信協議、協同控制、路徑規劃等關鍵技術。
通過小組合作探究學習，能夠自主設計并實現多架無人機的編隊飛行方案，包括隊形設計、飛行軌跡規劃等，體現實踐動手能力和團隊合作精神。
在無人機編隊飛行設計過程中，能夠遇到并主動解決技術難題，發揮創新思維，不斷優化飛行方案，提升實踐效果。
教學目標
社會責任：
認識到無人機編隊表演在文化傳播、科技展示、商業推廣等方面的社會價值，明確學習無人機編隊飛行的意義。
在學習和實踐過程中，自覺遵守無人機飛行的相關法律法規和道德規范，確保飛行活動的安全、合法和文明。
關注無人機技術對社會環境、公共安全等方面的影響，積極參與社會公益事業，利用無人機技術為社會做出積極貢獻。
新知導入
無人機表演你看過嗎？你能想象5200架無人機通過編程可以完成一組完美的演出嗎？我們一起來看看5200架無人機獻禮建黨100周年的表演吧！
新知導入
新知導入
根據你的經驗或想象，無人機編隊適用于哪些領域
無人機編隊飛行是如何實現的
新知導入
我們熟悉的語音識別和圖像識別在應用中存在以下安全隱患：
航拍攝影
搜索與救援
農業植保
建筑監測
軍事應用
物流運輸
無人機編隊的應用領域相當廣泛，以下是一些主要的應用領域：
新知導入
我們熟悉的語音識別和圖像識別在應用中存在以下安全隱患：
無人機保證安全飛行主要依靠以下幾個方面：
01
通信協同
實現信息共享、任務分配和指揮控制
02
集群控制
無人機能夠保持一定的間隔和隊形，協同完成任務
03
路徑規劃
無人機能夠按照預定的軌跡進行飛行
新知講解
相關知識
無人機編隊的運用
創意表演
新知講解
生活中，我們經常看到鴿子、大雁、蜜蜂等群體飛行，它們通過彼此間的信息交流，自發地形成有規律的飛行編隊。借鑒生物群體交流信息和協調集體行動的方式，并將這樣的智慧應用于無人機的編隊飛行中，以優化其飛行模式。
新知講解
無人機編隊飛行是指多架無人機為適應任務要求而進行的某種隊形排列和任務分配的組織模式，它既包括編隊飛行的隊形產生、保持和變化，也包括飛行任務的規劃和組織。
1.編隊飛行關鍵技術
常見的編隊飛行關鍵技術包括通信、自主導航、集群控制、防碰撞、任務規劃等。
一、無人機編隊飛行基礎
新知講解
(1)通信技術
編隊飛行過程中，無人機之間需要進行實時通信，以保證飛行的協調性和安全性。無人機之間進行通訊是實現協同飛行、共享信息等功能的基礎編隊通訊可以通過無線電、紅外線、激光等方式進行。
一、無人機編隊飛行基礎
新知講解
(2)自主導航技術
編隊飛行需要無人機具備一定的自主導航能力，以實現在不同的環境下自主調整飛行軌跡和姿態。自主導航技術涉及傳感器、導航算法、控制器等多個方面。
(3)集群控制技術
編隊飛行需要對多架無人機進行集群控制，以實現飛行的協調性和同步性。集群控制技術包括領航、跟隨、協同等多個方面。
一、無人機編隊飛行基礎
新知講解
(4)防碰撞技術
編隊飛行過程中，無人機之間需要保持一定的間距和速度，避免發生碰撞。因此，需要采用高精度的避障和防碰撞技術，以確保飛行的安全性和穩定性。
(5)任務規劃技術
編隊飛行需要對不同的任務進行規劃和優化，以滿足不同的需求。任務規劃技術包括路徑規劃、任務分配、資源調度等多個方面。
一、無人機編隊飛行基礎
新知講解
2.編隊表演流程
無人機編隊飛行的流程主要分為編隊集結、編隊保持和編隊重構三個部分。其中編隊集結分為編隊形成和編隊解散;編隊保持分為編隊朝任務區飛行和編隊返回;編隊重構是指編隊朝任務區飛行過程中動態調整隊形和進入任務區域執行任務時的動態調整(如圖16-1)。
一、無人機編隊飛行基礎
新知講解
一、無人機編隊飛行基礎
圖16-1 無人機編隊飛行流程
新知講解
3.編隊飛行實例
編隊飛行是無人機按一定隊形編組或排列飛行，應用范圍廣泛，除了軍事領域外，也是近年來越來越受歡迎的一種藝術表演形式(如圖16-2)。
一、無人機編隊飛行基礎
圖16-2 無人機編隊表演
開動腦筋
在無人機編隊表演中，若動態調整隊形后，至少停留多少時間才能使編隊呈現最佳視覺效果
新知講解
在廣袤的宇宙之中，有一些恒星不像太陽一樣“孤獨”地運轉，而是有另一顆恒星相伴，兩顆恒星互相環繞運轉，在天文學中叫作“雙星系統”，即兩顆恒星互繞旋轉的系統(如圖16-3)。
二、無人機編隊飛行實踐
圖16-3 雙星環繞示意圖
新知講解
用無人機模擬質量相同的兩個恒星互相環繞飛行以實現“雙星環繞”效果，如圖16-4所示
二、無人機編隊飛行實踐
圖16-4 無人機編隊飛行示意圖
新知講解
1.問題分析
兩架無人機相對擺放，并保持一定的距離(如2米)。聯網成功后同步起飛，使用弧線坐標類的飛行模塊，繞圓弧進行飛行，兩架無人機的航線恰好拼成一個圓形軌跡，重復執行相同次數，最后降落。這就是“雙星環繞”編隊飛行的基本步驟。
二、無人機編隊飛行實踐
知識鏈接
授時 傳統意義上，授時是指時間傳遞和核對時間，這里主要是指讓多架飛行器接收同步信號，使其系統時間具有一致性。不同的授時方案，同步精度也不同。
新知講解
2.設計流程圖
參照上述分析，以無人機模擬“雙星環繞”效果，以環繞10圈為例，設計流程圖如圖16-5所示。
二、無人機飛行實踐
圖16-5 無人機模擬“雙星環繞”流程圖
新知講解
3.項目實施
不同的無人機，編程環境和編程語言可能也不同，但完成任務的基本思路是相似的。根據上述分析和流程圖，結合表16-1準備和實施無人機編隊飛行。
二、無人機編隊飛行實踐
新知講解
二、無人機飛行實踐
表16-1 項目實施方案
實施項目 實施內容 提示
場地搭建 構建一個面積不小于4mX4m的試飛場地 場地盡可能空曠
程序設計 程序可以參照設計的流程圖進行程序編寫 設置編程模塊參數時要考慮可能產生的誤差
程序調試 采取逐段編程調試的方法進行調試，以提高調試效率 運行程序時要選擇空曠的場地，避免碰撞
親身體驗
嘗試用三架無人機以等邊三角形的隊形編隊起飛，模擬三星系統相互環繞飛行，如圖16-6所示。
圖16-6模擬三星環繞飛行示意圖
隨堂練習
以小組為單位，舉辦一次班級無人機編隊表演秀。
拓展延伸
無人機是通過編程來實現表演的，那么我們來看看通過編程，我們的無人機還可以做些什么好玩的事情吧
拓展延伸
課堂總結
本節課學習了無人機編隊飛行的基礎原理與實踐操作。我們深入了解了編隊飛行的關鍵技術，包括通信協同、集群控制等，并在實踐中親手操作，成功模擬了編隊飛行。通過本堂課，我們不僅掌握了理論知識，還鍛煉了實踐技能，為未來的無人機編隊飛行應用打下了堅實基礎。
板書設計
無人機創意飛行
知識點
一、無人機編隊飛行基礎
二、無人機編隊飛行實踐
隨堂練習
以小組為單位，舉辦一次班級無人機編隊表演秀。
謝謝
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