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第16课 无人机创意飞行
课题 第16课 无人机创意飞行 单元 第三单元 学科 信息技术 年级 九年级
教材分析 本教材深入分析无人机编队飞行的基础原理，详细阐述了通信协同、集群控制等关键技术，并通过实践操作，指导学生完成无人机编队飞行任务。教材内容全面，理论与实践相结合，有助于学生全面了解无人机编队飞行的相关知识，并提升实际操作能力。
学习目标 实践意识：深入理解无人机编队飞行的基本原理，包括通信协议、协同控制、路径规划等关键技术。通过小组合作探究学习，能够自主设计并实现多架无人机的编队飞行方案，包括队形设计、飞行轨迹规划等，体现实践动手能力和团队合作精神。在无人机编队飞行设计过程中，能够遇到并主动解决技术难题，发挥创新思维，不断优化飞行方案，提升实践效果。社会责任：认识到无人机编队表演在文化传播、科技展示、商业推广等方面的社会价值，明确学习无人机编队飞行的意义。在学习和实践过程中，自觉遵守无人机飞行的相关法律法规和道德规范，确保飞行活动的安全、合法和文明。关注无人机技术对社会环境、公共安全等方面的影响，积极参与社会公益事业，利用无人机技术为社会做出积极贡献。
重点 无人机编队飞行的基础原理无人机编队飞行的实践操作
难点 集群控制算法的理解与应用编队飞行中的协同与同步
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 通过无人机表演视频的播放，让学生对无人机编队飞行产生兴趣提出思考问题根据你的经验或想象，无人机编队适用于哪些领域 无人机编队飞行是如何实现的 观看无人机表演视频学生讨论问题，举手回答问题 帮助学生对无人机编队飞行产生兴趣,对今日所学内容有个基础了解。通过头脑风暴的方式让学生自主查阅资料讨论内容 了解无人机的工作原理。打开课堂
讲授新课 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。一、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。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。(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。(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。(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。(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。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)。图16-2 无人机编队表演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 二、无人机编队飞行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)。图16-3 双星环绕示意图 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。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的试飞场地构建等边三角形时，最好能够标注出三个顶点和边线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，避免碰撞亲身体验 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。图16-6模拟三星环绕飞行示意图 学生认真学习并掌握相关知识，了解无人机的飞行原理和实践操作团队合作，实践操作无人机飞行 了解无人机的飞行原理和实践操作培养学生团队意识，提升学生动手能力
课堂练习 随堂练习以小组为单位，举办一次班级无人机编队表演秀。 通过查阅百度或其它资料，回答随堂练习答案 锻炼学生查阅资料分析总结、信息处理、演讲表达等能力
课堂小结 本节课学习了无人机编队飞行的基础原理与实践操作。我们深入了解了编队飞行的关键技术，包括通信协同、集群控制等，并在实践中亲手操作，成功模拟了编队飞行。通过本堂课，我们不仅掌握了理论知识，还锻炼了实践技能，为未来的无人机编队飞行应用打下了坚实基础。 分组总结归纳 锻炼学生的总结能力，加强逻辑思维和语言表达能力
板书 无人机创意飞行知识点一、无人机编队飞行基础二、无人机编队飞行实践随堂练习以小组为单位，举办一次班级无人机编队表演秀。 根据知识点学习相应内容，完成相应随堂练习 明确教学内容及重点和难点
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第16课 无人机创意飞行
浙教版九年级全册
内容总览
教学目标
01
新知导入
02
新知讲解
03
随堂练习
04
拓展延伸
05
课堂总结
06
目录
教学目标
实践意识：
深入理解无人机编队飞行的基本原理，包括通信协议、协同控制、路径规划等关键技术。
通过小组合作探究学习，能够自主设计并实现多架无人机的编队飞行方案，包括队形设计、飞行轨迹规划等，体现实践动手能力和团队合作精神。
在无人机编队飞行设计过程中，能够遇到并主动解决技术难题，发挥创新思维，不断优化飞行方案，提升实践效果。
教学目标
社会责任：
认识到无人机编队表演在文化传播、科技展示、商业推广等方面的社会价值，明确学习无人机编队飞行的意义。
在学习和实践过程中，自觉遵守无人机飞行的相关法律法规和道德规范，确保飞行活动的安全、合法和文明。
关注无人机技术对社会环境、公共安全等方面的影响，积极参与社会公益事业，利用无人机技术为社会做出积极贡献。
新知导入
无人机表演你看过吗？你能想象5200架无人机通过编程可以完成一组完美的演出吗？我们一起来看看5200架无人机献礼建党100周年的表演吧！
新知导入
新知导入
根据你的经验或想象，无人机编队适用于哪些领域
无人机编队飞行是如何实现的
新知导入
我们熟悉的语音识别和图像识别在应用中存在以下安全隐患：
航拍摄影
搜索与救援
农业植保
建筑监测
军事应用
物流运输
无人机编队的应用领域相当广泛，以下是一些主要的应用领域：
新知导入
我们熟悉的语音识别和图像识别在应用中存在以下安全隐患：
无人机保证安全飞行主要依靠以下几个方面：
01
通信协同
实现信息共享、任务分配和指挥控制
02
集群控制
无人机能够保持一定的间隔和队形，协同完成任务
03
路径规划
无人机能够按照预定的轨迹进行飞行
新知讲解
相关知识
无人机编队的运用
创意表演
新知讲解
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。
新知讲解
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。
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。
一、无人机编队飞行基础
新知讲解
(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。
一、无人机编队飞行基础
新知讲解
(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。
(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。
一、无人机编队飞行基础
新知讲解
(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。
(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。
一、无人机编队飞行基础
新知讲解
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域执行任务时的动态调整(如图16-1)。
一、无人机编队飞行基础
新知讲解
一、无人机编队飞行基础
图16-1 无人机编队飞行流程
新知讲解
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)。
一、无人机编队飞行基础
图16-2 无人机编队表演
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
新知讲解
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)。
二、无人机编队飞行实践
图16-3 双星环绕示意图
新知讲解
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
二、无人机编队飞行实践
图16-4 无人机编队飞行示意图
新知讲解
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。
二、无人机编队飞行实践
知识链接
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。
新知讲解
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。
二、无人机飞行实践
图16-5 无人机模拟“双星环绕”流程图
新知讲解
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。
二、无人机编队飞行实践
新知讲解
二、无人机飞行实践
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
亲身体验
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。
图16-6模拟三星环绕飞行示意图
随堂练习
以小组为单位，举办一次班级无人机编队表演秀。
拓展延伸
无人机是通过编程来实现表演的，那么我们来看看通过编程，我们的无人机还可以做些什么好玩的事情吧
拓展延伸
课堂总结
本节课学习了无人机编队飞行的基础原理与实践操作。我们深入了解了编队飞行的关键技术，包括通信协同、集群控制等，并在实践中亲手操作，成功模拟了编队飞行。通过本堂课，我们不仅掌握了理论知识，还锻炼了实践技能，为未来的无人机编队飞行应用打下了坚实基础。
板书设计
无人机创意飞行
知识点
一、无人机编队飞行基础
二、无人机编队飞行实践
随堂练习
以小组为单位，举办一次班级无人机编队表演秀。
谢谢
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