无人机发展的核心技术

tattu飞行者

　一、动力技术

　　续航能力是目前制约无人机发展的重大障碍，消费级多旋翼续航时间基本在20min左右，用户外出飞行不得不携带多块电池备用，造成使用作业的极大不便。无人机必须在动力方面实现突破才能走上新的革命性高度。

　　1.新型电池

　　2015年，来自加拿大蒙特利尔的EnergyOr技术有限公司报道采用燃料电池的四旋翼进行了3小时43分钟续航飞行。此外，石墨烯、铝空气电池、纳米电池这三项电池技术有望成为未来电池世界的希望。人们对这些新的电池技术有着十分迫切的需求。它们将首先会被应用到手机和电动汽车，随后可配备于多旋翼。

　　2.混合动力

　　2015年，美国初创公司TopFlightTechnologies报道自己开发混合动力六旋翼无人机。该六旋翼仅需要1加仑汽油，便可以飞行两个半小时，约160公里的距离，最高负重达约9公斤。另外，一家来自德国的公司AirsTIer推出了一款多旋翼。该多旋翼采用油电混合动力，有效载荷5公斤，可飞行1个小时。

　　3.地面供电

　　采用地面供电的系留多旋翼，通过电缆将电能源源不断输送给多旋翼，可以极大提升多旋翼的滞空时间。比如：以色列公司Skysapience旋翼。

　　4.无线充电

　　无线充电技术已经在手机、电动牙刷等电子产品上实现市场化，并正在电动汽车领域开展深入应用。来自德国柏林的初创公司SkySense在无人机户外充电方面提供了一种解决方案：研发出一块可以为无人机进行无线充电的平板。SkySense的最大特点是可以进行远程控制，无人机的降落—充电—起飞全过程可以独立实现，不需要有人在现场进行干预和辅助。如果充电时间更快，那么无线充电技术将会极大地帮助多旋翼进行长途飞行。

　　二、导航技术

　　无人机准确地知道自己“在哪儿”、“去哪儿”，几乎是类似于人类“从哪里来、到哪里去”的哲学问题，在无人机的任何发展阶段都是绕不开的问题。

　　1.定位技术

　　(1)GPS载波相位定位

　　目前正在这方面开展研究的项目有：SwiftNavigaTIon公司开发的Piksi;日本东京海洋大学开发的RTKLIB开源项目。

　　(2)多信息源定位

　　英国军方BAE最近公布了他们研发的名为NAVSOP的定位技术。该技术将利用包括TV、收音机、Wi-Fi等等信息定位，弥补GPS的不足。

　　(3)UWB(UltraWideband，超宽带)无线定位

　　2.测速技术

　　目前公认的比较精确的测速方案是通过“视觉(光流)+超声波+惯导”的融合。AR.Drone是最早采用该项技术的多旋翼飞行器，极大提升了飞行器的可操控性，获得了巨大的成功。

　　PX4自驾仪开源项目提供了开源的光流传感器PX4Flow。该传感器可以帮助多旋翼在无GPS情况下精确悬停。大疆公司推出的“悟”和“Phantom3”、“Phantom4”同样采用了该项技术。

　　3.避障技术

　　让飞行中的无人机“长眼镜”，能够识别飞行路径上的障碍物，并准确绕飞或悬停，是实现无人机智能化的重要一步。未来无人机避障技术将在这些方面实现突破：

　　(1)深度相机避障技术;

　　(2)声呐系统避障技术;

　　(3)“视觉+忆阻器”避障技术;

　　(4)双目视觉避障技术;

　　(5)小型电子扫描雷达;

　　(6)激光扫描测距雷达;

　　(7)四维雷达。

　　4.跟踪技术

　　识别目标并进行跟踪飞行，减轻使用者的操作负担，并能够利用无人机执行特殊环境条件下的特殊任务。智能跟踪主要有：

　　(1)GPS跟踪;

　　(2)视觉跟踪。

　　目前在大疆Phantom4等先进机型上这些技术都已经有所体现。

　　三、交互技术

　　无人机目前主要通过遥控器进行飞行控制，需要专业训练，具有一定的局限性。随着新技术的发展，无人机应简化对操作人员的要求，提升用户体验。

　　(1)手势控制技术

　　手势交互是一种未来人机交互的趋势，目前在精确度上存在挑战。在CES2014的展场上，有利用MYO手势控制臂带来控制AR.Drone2.0四旋翼的演示。

　　(2)脑机接口技术

　　近年来，科研人员在多个领域都运用到了BCI(BrainComputerInterface，脑机接口技术)技术，科员人员运用该技术制作新型玩具、为残疾人制作义肢。作为需要安全性较高的飞行器，这种方式目前还不成熟。它可作为一种验证性质的技术展示，离实际还有不少距离。

　　四、通讯技术

　　(1)4G/5G通讯技术

　　2013年6月17日，北京4G联盟联合无人机联盟组织召开了4G联盟与无人机联盟交流研讨会，旨在加强北京4G联盟和无人机联盟之间技术交流，寻找无人机机载载荷与4G设备仪器的聚焦，促进北京市信息产业发展。2015年，中国移动开发4G“超级空战队”设备，能支持航拍影像即拍即传。5G的速度比现在的LTE网络标准连接速度快250倍，它标志着无线行业的一个新的里程碑。无论是智能手机，还是汽车、医疗设备、无人机和其他设备，都将受益于这一无线连接速度。

　　(2)Wifi通讯技术

　　2013年，德国的卡尔斯鲁厄理工学院开发出了一项新的无线广域网技术，打破了最快的WiFi网络速度纪录，它可以让1公里以外的用户每秒钟下载40GB。由于这种设备的传输距离比普通WiFi路由器的覆盖范围要广得多，因此这种设备很适合无人机航拍图传或光纤布放不方便的农村地区应用。

　　五、芯片技术

　　(1)2014年CES上，高通和英特尔展示了功能更为丰富的多轴飞行器。例如，高通CES上展示的Snapdragon Cargo无人机是基于高通Snapdragon芯片开发出来的飞行控制器，它有无线通信、传感器集成和空间定位等功能。2015年9月，据美国科技新闻网站Engadget报道，高通已经为无人机市场推出了一个芯片解决方案，名为“骁龙飞行平台”。

　　英特尔CEOBrianKrzanich也亲自在CES上演示了他们的无人机，采用了四核的英特尔凌动(Atom)处理器的PCI-express定制卡。此外，活跃在在机器人市场的欧洲处理器厂商XMOS也表示已经进入到无人机领域。

　　(2)3DR发表声明与Intel英特尔共同合作开发Edison芯片，这是一种新型微型处理芯片。它只有一个硬币的大小，却具有个人电脑一样的处理能力。

　　(3)目前，包括IBM在内的多家科技公司都在模拟大脑，开发神经元芯片。而一旦类似芯片被应用于无人机，自主反应、自动识别有望会变得轻而易举。

　　六、平台技术

　　(1)“Dronecode”的无人机开源系统

　　2014年10月，著名开源基金会Linux推出了名为“Dronecode”的无人机开源系统合作项目，将3DRoboTIcs、英特尔、高通、百度等科技巨头纳入项目组，旨在为无人机开发者提供所需要的资源、工具和技术支持，加快无人机和机器人领域的发展。

　　(2)Ubuntu15.04操作系统

　　Ubuntu15.04的物联网版本是Ubuntu目前最小且最安全的版本，非常地精简，适合发行家、科技专业人士与开发者使用，能够在无人机等领域中使用。

　　(3)Airware发布企业级无人机系统

　　Airware公司旨在通过标准化的无人机软件系统，帮助企业迅速、高效地完成商用无人飞行器的部署及管理——该系统已于本周四正式发布，通过硬件和软件的结合，Airware成功实现了在一个软件平台上统一管理多个不同型号、不同品牌无人机的目标。目前，Airware产品已获得两家合作伙伴的采纳，分别为通用电气(也同时是Airware的投资者)和Infinigy。Infinigy是一家通讯公司。

　　七、空管技术

　　(1)2014年，Airware计划在NASA加州基地针对不同类型的无人机(四旋翼、直升机、固定翼飞机)展开一系列的飞行和实验室测试。

　　(2)初创公司SkyWard正在研发一个无人机交通控制系统，这个系统将让数千无人机在城市上空飞行而不会互相碰撞。Skyward正在跟FAA和全球三大无人机制造商——国内的大疆、美国的3DRoboTIcs和法国的Parrot——合作以证明大量的无人机可以在拥挤的空域安全地共存。

　　(3)美国航天局(NASA)同空间技术公司Exelis已经联手组成团队开发无人机空中交通管制系统的原型产品。

　　(4)位于美国西雅图的Transtrex公司，发布了测试版本的无人机动态地理空间限制系统软件。该系统是为了确保无人机在500英尺高度下，安全规范飞行而设计的。

　　(5)在第三届AOPA(AircraftOwnersandPilotsAssociation，航空器拥有者及驾驶员协会)国际飞行训练展会上，中国AOPA联合多家企业开发的针对轻小无人机的“UCloud”无人机监管系统宣布上线。

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