無人機關鍵技術要點

時間：2024-07-07 07:30:05 航空培訓我要投稿

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無人機關鍵技術要點

　　無人駕駛飛機簡稱“無人機”，英文縮寫為“UAV”，是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛行器。那么，下面是由小編為大家帶來的無人機關鍵技術要點，歡迎大家閱讀瀏覽。

　　一、動力技術

　　續航能力是目前制約無人機發展的重大障礙，消費級多旋翼續航時間基本在20min左右，用戶外出飛行不得不攜帶多塊電池備用，造成使用作業的極大不便。無人機必須在動力方面實現突破才能走上新的革命性高度。

　　1. 新型電池

　　2015年，來自加拿大蒙特利爾的Energy Or技術有限公司報道采用燃料電池的四旋翼進行了3小時43分鐘續航飛行。此外，石墨烯、鋁空氣電池、納米電池這三項電池技術有望成為未來電池世界的希望。人們對這些新的電池技術有著十分迫切的需求。它們將首先會被應用到手機和電動汽車，隨后可配備于多旋翼。

　　2. 混合動力

　　2015年，美國初創公司Top Flight Technologies報道自己開發混合動力六旋翼無人機。該六旋翼僅需要1加侖汽油，便可以飛行兩個半小時，約160公里的距離，最高負重達約9公斤。另外，一家來自德國的公司Airstier推出了一款多旋翼。該多旋翼采用油電混合動力，有效載荷5公斤，可飛行1個小時。

　　3. 地面供電

　　采用地面供電的系留多旋翼，通過電纜將電能源源不斷輸送給多旋翼，可以極大提升多旋翼的滯空時間。比如：以色列公司Skysapience旋翼。

　　4. 無線充電

　　無線充電技術已經在手機、電動牙刷等電子產品上實現市場化，并正在電動汽車領域開展深入應用。來自德國柏林的初創公司Sky Sense在無人機戶外充電方面提供了一種解決方案：研發出一塊可以為無人機進行無線充電的平板。Sky Sense的最大特點是可以進行遠程控制，無人機的降落—充電—起飛全過程可以獨立實現，不需要有人在現場進行干預和輔助。如果充電時間更快，那么無線充電技術將會極大地幫助多旋翼進行長途飛行。

　　二、導航技術

　　無人機準確地知道自己“在哪兒”、“去哪兒”，幾乎是類似于人類“從哪里來、到哪里去”的哲學問題，在無人機的任何發展階段都是繞不開的問題。

　　1. 定位技術

　　(1)GPS載波相位定位

　　目前正在這方面開展研究的項目有：Swift Navigation公司開發的Piksi; 日本東京海洋大學開發的RTKLIB開源項目。

　　(2)多信息源定位

　　英國軍方BAE 最近公布了他們研發的名為NAVSOP的定位技術。該技術將利用包括TV、收音機、Wi-Fi 等等信息定位，彌補GPS 的不足。

　　(3)UWB (Ultra Wideband，超寬帶)無線定位

　　2. 測速技術

　　目前公認的比較精確的測速方案是通過“視覺(光流)+超聲波+慣導”的融合。AR.Drone是最早采用該項技術的多旋翼飛行器，極大提升了飛行器的可操控性，獲得了巨大的成功。

　　PX4自駕儀開源項目提供了開源的光流傳感器PX4Flow。該傳感器可以幫助多旋翼在無GPS情況下精確懸停。大疆公司推出的 “悟”和“Phantom3”、“Phantom4”同樣采用了該項技術。

　　3. 避障技術

　　讓飛行中的無人機“長眼鏡”，能夠識別飛行路徑上的障礙物，并準確繞飛或懸停，是實現無人機智能化的重要一步。未來無人機避障技術將在這些方面實現突破：

　　(1)深度相機避障技術;

　　(2)聲吶系統避障技術;

　　(3)“視覺+憶阻器”避障技術;

　　(4)雙目視覺避障技術;

　　(5)小型電子掃描雷達;

　　(6)激光掃描測距雷達;

　　(7)四維雷達。

　　4. 跟蹤技術

　　識別目標并進行跟蹤飛行，減輕使用者的操作負擔，并能夠利用無人機執行特殊環境條件下的特殊任務。智能跟蹤主要有：

　　(1)GPS跟蹤;

　　(2)視覺跟蹤。

　　目前在大疆Phantom4等先進機型上這些技術都已經有所體現。

　　三、交互技術

　　無人機目前主要通過遙控器進行飛行控制，需要專業訓練，具有一定的局限性。隨著新技術的發展，無人機應簡化對操作人員的要求，提升用戶體驗。

　　(1)手勢控制技術

　　手勢交互是一種未來人機交互的趨勢，目前在精確度上存在挑戰。在CES2014的展場上，有利用MYO手勢控制臂帶來控制AR.Drone2.0四旋翼的演示。

　　(2)腦機接口技術

　　近年來，科研人員在多個領域都運用到了BCI(Brain Computer Interface，腦機接口技術)技術，科員人員運用該技術制作新型玩具、為殘疾人制作義肢。作為需要安全性較高的飛行器，這種方式目前還不成熟。它可作為一種驗證性質的技術展示，離實際還有不少距離。

　　四、通訊技術

　　(1)4G/5G通訊技術

　　2013年6月17日，北京4G聯盟聯合無人機聯盟組織召開了4G聯盟與無人機聯盟交流研討會，旨在加強北京4G聯盟和無人機聯盟之間技術交流，尋找無人機機載載荷與4G設備儀器的聚焦，促進北京市信息產業發展。2015年，中國移動開發4G“超級空戰隊”設備，能支持航拍影像即拍即傳。5G的速度比現在的LTE網絡標準連接速度快250倍，它標志著無線行業的一個新的里程碑。無論是智能手機，還是汽車、醫療設備、無人機和其他設備，都將受益于這一無線連接速度。

　　(2)Wifi通訊技術

　　2013年，德國的卡爾斯魯厄理工學院開發出了一項新的無線廣域網技術，打破了最快的WiFi網絡速度紀錄，它可以讓1公里以外的用戶每秒鐘下載40GB。由于這種設備的傳輸距離比普通WiFi路由器的覆蓋范圍要廣得多，因此這種設備很適合無人機航拍圖傳或光纖布放不方便的農村地區應用。

　　五、芯片技術

　　(1)2014年CES上，高通和英特爾展示了功能更為豐富的多軸飛行器。例如，高通CES上展示的Snapdragon Cargo無人機是基于高通Snapdragon芯片開發出來的飛行控制器，它有無線通信、傳感器集成和空間定位等功能。2015年9月，據美國科技新聞網站Engadget報道，高通已經為無人機市場推出了一個芯片解決方案，名為“驍龍飛行平臺”。

　　英特爾CEO Brian Krzanich也親自在CES上演示了他們的無人機，采用了四核的英特爾凌動(Atom)處理器的PCI-express定制卡。此外，活躍在在機器人市場的歐洲處理器廠商XMOS也表示已經進入到無人機領域。

　　(2)3DR發表聲明與Intel英特爾共同合作開發Edison芯片，這是一種新型微型處理芯片。它只有一個硬幣的大小，卻具有個人電腦一樣的處理能力。

　　(3)目前，包括IBM在內的多家科技公司都在模擬大腦，開發神經元芯片。而一旦類似芯片被應用于無人機，自主反應、自動識別有望會變得輕而易舉。

　　六、平臺技術

　　(1)“Dronecode”的無人機開源系統

　　2014年10月，著名開源基金會Linux推出了名為“Dronecode”的無人機開源系統合作項目，將3D Robotics、英特爾、高通、百度等科技巨頭納入項目組，旨在為無人機開發者提供所需要的資源、工具和技術支持，加快無人機和機器人領域的發展。

　　(2)Ubuntu 15.04 操作系統

　　Ubuntu 15.04的物聯網版本是Ubuntu 目前最小且最安全的版本，非常地精簡，適合發行家、科技專業人士與開發者使用，能夠在無人機等領域中使用。

　　(3)Airware發布企業級無人機系統

　　Airware公司旨在通過標準化的無人機軟件系統，幫助企業迅速、高效地完成商用無人飛行器的部署及管理——該系統已于本周四正式發布，通過硬件和軟件的結合，Airware成功實現了在一個軟件平臺上統一管理多個不同型號、不同品牌無人機的目標。目前，Airware產品已獲得兩家合作伙伴的采納，分別為通用電氣(也同時是Airware的投資者)和Infinigy。Infinigy是一家通訊公司。

　　七、空管技術

　　(1)2014年，Airware計劃在NASA加州基地針對不同類型的無人機(四旋翼、直升機、固定翼飛機)展開一系列的飛行和實驗室測試。

　　(2)初創公司SkyWard正在研發一個無人機交通控制系統，這個系統將讓數千無人機在城市上空飛行而不會互相碰撞。Skyward正在跟FAA和全球三大無人機制造商——國內的大疆、美國的3D Robotics和法國的Parrot——合作以證明大量的無人機可以在擁擠的空域安全地共存。

　　(3)美國航天局(NASA)同空間技術公司Exelis已經聯手組成團隊開發無人機空中交通管制系統的原型產品。

　　(4)位于美國西雅圖的Transtrex公司，發布了測試版本的無人機動態地理空間限制系統軟件。該系統是為了確保無人機在500英尺高度下，安全規范飛行而設計的。

　　(5)在第三屆AOPA(Aircraft Owners and Pilots Association，航空器擁有者及駕駛員協會)國際飛行訓練展會上，中國AOPA聯合多家企業開發的針對輕小無人機的“U Cloud”無人機監管系統宣布上線。

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