無(wú)人機關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)

　　無(wú)人駕駛飛機簡(jiǎn)稱(chēng)“無(wú)人機”，英文縮寫(xiě)為“UAV”，是利用無(wú)線(xiàn)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(lái)的無(wú)人機關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)，歡迎大家閱讀瀏覽。

　　一、動(dòng)力技術(shù)

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

　　1. 新型電池

　　2015年，來(lái)自加拿大蒙特利爾的Energy Or技術(shù)有限公司報道采用燃料電池的四旋翼進(jìn)行了3小時(shí)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(shù)有望成為未來(lái)電池世界的希望。人們對這些新的電池技術(shù)有著(zhù)十分迫切的需求。它們將首先會(huì )被應用到手機和電動(dòng)汽車(chē)，隨后可配備于多旋翼。

　　2. 混合動(dòng)力

　　2015年，美國初創(chuàng )公司Top Flight Technologies報道自己開(kāi)發(fā)混合動(dòng)力六旋翼無(wú)人機。該六旋翼僅需要1加侖汽油，便可以飛行兩個(gè)半小時(shí)，約160公里的距離，最高負重達約9公斤。另外，一家來(lái)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(dòng)力，有效載荷5公斤，可飛行1個(gè)小時(shí)。

　　3. 地面供電

　　采用地面供電的系留多旋翼，通過(guò)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(shí)間。比如：以色列公司Skysapience旋翼。

　　4. 無(wú)線(xiàn)充電

　　無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)已經(jīng)在手機、電動(dòng)牙刷等電子產(chǎn)品上實(shí)現市場(chǎng)化，并正在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域開(kāi)展深入應用。來(lái)自德國柏林的初創(chuàng )公司Sky Sense在無(wú)人機戶(hù)外充電方面提供了一種解決方案：研發(fā)出一塊可以為無(wú)人機進(jìn)行無(wú)線(xiàn)充電的平板。Sky Sense的最大特點(diǎn)是可以進(jìn)行遠程控制，無(wú)人機的降落—充電—起飛全過(guò)程可以獨立實(shí)現，不需要有人在現場(chǎng)進(jìn)行干預和輔助。如果充電時(shí)間更快，那么無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)將會(huì )極大地幫助多旋翼進(jìn)行長(cháng)途飛行。

　　二、導航技術(shù)

　　無(wú)人機準確地知道自己“在哪兒”、“去哪兒”，幾乎是類(lèi)似于人類(lèi)“從哪里來(lái)、到哪里去”的哲學(xué)問(wèn)題，在無(wú)人機的任何發(fā)展階段都是繞不開(kāi)的問(wèn)題。

　　1. 定位技術(shù)

　　(1)GPS載波相位定位

　　目前正在這方面開(kāi)展研究的項目有：Swift Navigation公司開(kāi)發(fā)的Piksi; 日本東京海洋大學(xué)開(kāi)發(fā)的RTKLIB開(kāi)源項目。

　　(2)多信息源定位

　　英國軍方BAE 最近公布了他們研發(fā)的名為NAVSOP的定位技術(shù)。該技術(shù)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(wú)線(xiàn)定位

　　2. 測速技術(shù)

　　目前公認的比較精確的測速方案是通過(guò)“視覺(jué)(光流)+超聲波+慣導”的融合。AR.Drone是最早采用該項技術(shù)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(kāi)源項目提供了開(kāi)源的光流傳感器PX4Flow。該傳感器可以幫助多旋翼在無(wú)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(shù)。

　　3. 避障技術(shù)

　　讓飛行中的無(wú)人機“長(cháng)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(shí)現無(wú)人機智能化的重要一步。未來(lái)無(wú)人機避障技術(shù)將在這些方面實(shí)現突破：

　　(1)深度相機避障技術(shù);

　　(2)聲吶系統避障技術(shù);

　　(3)“視覺(jué)+憶阻器”避障技術(shù);

　　(4)雙目視覺(jué)避障技術(shù);

　　(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(shù)

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

　　(1)GPS跟蹤;

　　(2)視覺(jué)跟蹤。

　　目前在大疆Phantom4等先進(jìn)機型上這些技術(shù)都已經(jīng)有所體現。

　　三、交互技術(shù)

　　無(wú)人機目前主要通過(guò)遙控器進(jìn)行飛行控制，需要專(zhuān)業(yè)訓練，具有一定的局限性。隨著(zhù)新技術(shù)的發(fā)展，無(wú)人機應簡(jiǎn)化對操作人員的要求，提升用戶(hù)體驗。

　　(1)手勢控制技術(shù)

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

　　(2)腦機接口技術(shù)

　　近年來(lái)，科研人員在多個(gè)領(lǐng)域都運用到了BCI(Brain Computer Interface，腦機接口技術(shù))技術(shù)，科員人員運用該技術(shù)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(zhì)的技術(shù)展示，離實(shí)際還有不少距離。

　　四、通訊技術(shù)

　　(1)4G/5G通訊技術(shù)

　　2013年6月17日，北京4G聯(lián)盟聯(lián)合無(wú)人機聯(lián)盟組織召開(kāi)了4G聯(lián)盟與無(wú)人機聯(lián)盟交流研討會(huì )，旨在加強北京4G聯(lián)盟和無(wú)人機聯(lián)盟之間技術(shù)交流，尋找無(wú)人機機載載荷與4G設備儀器的聚焦，促進(jìn)北京市信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2015年，中國移動(dòng)開(kāi)發(fā)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(wǎng)絡(luò )標準連接速度快250倍，它標志著(zhù)無(wú)線(xiàn)行業(yè)的一個(gè)新的里程碑。無(wú)論是智能手機，還是汽車(chē)、醫療設備、無(wú)人機和其他設備，都將受益于這一無(wú)線(xiàn)連接速度。

　　(2)Wifi通訊技術(shù)

　　2013年，德國的卡爾斯魯厄理工學(xué)院開(kāi)發(fā)出了一項新的無(wú)線(xiàn)廣域網(wǎng)技術(shù)，打破了最快的WiFi網(wǎng)絡(luò )速度紀錄，它可以讓1公里以外的用戶(hù)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(wú)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(shù)

　　(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(wú)人機是基于高通Snapdragon芯片開(kāi)發(fā)出來(lái)的飛行控制器，它有無(wú)線(xiàn)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(wǎng)站Engadget報道，高通已經(jīng)為無(wú)人機市場(chǎng)推出了一個(gè)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(wú)人機，采用了四核的英特爾凌動(dòng)(Atom)處理器的PCI-express定制卡。此外，活躍在在機器人市場(chǎng)的歐洲處理器廠(chǎng)商XMOS也表示已經(jīng)進(jìn)入到無(wú)人機領(lǐng)域。

　　(2)3DR發(fā)表聲明與Intel英特爾共同合作開(kāi)發(fā)Edison芯片，這是一種新型微型處理芯片。它只有一個(gè)硬幣的大小，卻具有個(gè)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(kāi)發(fā)神經(jīng)元芯片。而一旦類(lèi)似芯片被應用于無(wú)人機，自主反應、自動(dòng)識別有望會(huì )變得輕而易舉。

　　六、平臺技術(shù)

　　(1)“Dronecode”的無(wú)人機開(kāi)源系統

　　2014年10月，著(zhù)名開(kāi)源基金會(huì )Linux推出了名為“Dronecode”的無(wú)人機開(kāi)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(wú)人機開(kāi)發(fā)者提供所需要的資源、工具和技術(shù)支持，加快無(wú)人機和機器人領(lǐng)域的發(fā)展。

　　(2)Ubuntu 15.04 操作系統

　　Ubuntu 15.04的物聯(lián)網(wǎng)版本是Ubuntu 目前最小且最安全的版本，非常地精簡(jiǎn)，適合發(fā)行家、科技專(zhuān)業(yè)人士與開(kāi)發(fā)者使用，能夠在無(wú)人機等領(lǐng)域中使用。

　　(3)Airware發(fā)布企業(yè)級無(wú)人機系統

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

　　七、空管技術(shù)

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

　　(2)初創(chuàng )公司SkyWard正在研發(fā)一個(gè)無(wú)人機交通控制系統，這個(gè)系統將讓數千無(wú)人機在城市上空飛行而不會(huì )互相碰撞。Skyward正在跟FAA和全球三大無(wú)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(wú)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(shù)公司Exelis已經(jīng)聯(lián)手組成團隊開(kāi)發(fā)無(wú)人機空中交通管制系統的原型產(chǎn)品。

　　(4)位于美國西雅圖的Transtrex公司，發(fā)布了測試版本的無(wú)人機動(dòng)態(tài)地理空間限制系統軟件。該系統是為了確保無(wú)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(xié)會(huì ))國際飛行訓練展會(huì )上，中國AOPA聯(lián)合多家企業(yè)開(kāi)發(fā)的針對輕小無(wú)人機的“U Cloud”無(wú)人機監管系統宣布上線(xiàn)。

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