【掃盲】史上最全最專業(yè)無人機(jī)知識(shí)盤點(diǎn)（上）

　　4、數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)?ldquo;放風(fēng)箏的線”–從獨(dú)立專用系統(tǒng)向全球信息格柵(GIG)過渡

　　數(shù)據(jù)鏈傳輸系統(tǒng)是無人機(jī)的重要技術(shù)組成，負(fù)責(zé)完成對(duì)無人機(jī)遙控、遙測(cè)、跟蹤定位和傳感器傳輸，上行數(shù)據(jù)鏈實(shí)現(xiàn)對(duì)無人機(jī)遙控、下行數(shù)據(jù)鏈執(zhí)行遙測(cè)、數(shù)據(jù)傳輸功能。普通無人機(jī)大多采用定制視距數(shù)據(jù)鏈，而中高空、長(zhǎng)航時(shí)無人機(jī)則都會(huì)采用視距和超視距衛(wèi)通數(shù)據(jù)鏈。

　　現(xiàn)代數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)者無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈向著高速、寬帶、保密、抗干擾的方向發(fā)展，無人機(jī)實(shí)用化能力將越來越強(qiáng)。往前看，隨著機(jī)載傳感器、定位的精細(xì)程度和執(zhí)行任務(wù)的復(fù)雜程度不斷上升，對(duì)數(shù)據(jù)鏈的貸款提出了很強(qiáng)的要求，未來隨著機(jī)載高速處理器的突飛猛進(jìn)，預(yù)計(jì)幾年后現(xiàn)有射頻數(shù)據(jù)鏈的傳輸速率將翻倍，未來在全天候要求低的領(lǐng)域可能還將出現(xiàn)激光通訊方式。

　　從美國(guó)制定的無人機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展戰(zhàn)略上看，數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)從最初IP化的傳輸、多機(jī)互連網(wǎng)絡(luò)，正在向衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換傳輸，以及最終的完全全球信息格柵(GIG)配置過渡，為授權(quán)用戶提供無縫全球信息資源交互能力，既支持固定用戶、又支持移動(dòng)用戶。

　　3.無人機(jī)發(fā)展緣起

　　1、軍用技術(shù)溢出，成本下降引爆民用市場(chǎng)

　　戰(zhàn)爭(zhēng)是無人機(jī)發(fā)展的頭號(hào)牽引力，20世紀(jì)末經(jīng)歷三大技術(shù)發(fā)展浪潮

　　毫無疑問，無人機(jī)發(fā)展的初期是為了純粹的軍事用途：一戰(zhàn)時(shí)期英國(guó)研制的世界第一款無人機(jī)被定義為“會(huì)飛的炸彈”，二戰(zhàn)時(shí)期德軍已經(jīng)開始大量應(yīng)用無人駕駛轟炸機(jī)參戰(zhàn);二戰(zhàn)后無人機(jī)研發(fā)的中心出現(xiàn)在美國(guó)和以色列，用途延伸至戰(zhàn)地偵察和情報(bào)搜集，無人機(jī)被派往朝鮮、越南和海灣戰(zhàn)場(chǎng)協(xié)助美軍和以色列軍隊(duì)作戰(zhàn)。正是由于無人機(jī)在偵查方面低成本、控制靈活、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的天然優(yōu)勢(shì)，各國(guó)軍隊(duì)相繼投入大量經(jīng)費(fèi)研發(fā)無人機(jī)系統(tǒng)。

　　無人機(jī)技術(shù)在20世紀(jì)末經(jīng)歷了三次發(fā)展浪潮、真正進(jìn)入了第一個(gè)“黃金時(shí)代”：1)1990年后，全球共有30多個(gè)國(guó)家裝備了師級(jí)(大型)戰(zhàn)術(shù)無人機(jī)系統(tǒng)，代表機(jī)型有美國(guó)“獵人”、“先驅(qū)者”，以色列“偵察兵”、“先鋒”等;2)1993年后，中高空長(zhǎng)航時(shí)軍用無人機(jī)得到迅速發(fā)展，以美國(guó)“蒂爾”無人機(jī)發(fā)展計(jì)劃為代表，在波黑戰(zhàn)爭(zhēng)中大放異彩;3)20世紀(jì)末，旅團(tuán)級(jí)(中小型)固定翼和旋翼戰(zhàn)術(shù)無人機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)，其體積小、價(jià)格更低、機(jī)動(dòng)性好，標(biāo)志著無人機(jī)進(jìn)入大規(guī)模應(yīng)用時(shí)代。

　　早期的航空技術(shù)解決的是無人機(jī)能夠飛行的問題，而20世紀(jì)80年代以來現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展為無人機(jī)更高的飛行性能、更好的可靠性提供了條件，其中：1)智能化：自主飛控技術(shù)、急劇攀升的計(jì)算機(jī)處理能力推動(dòng)無人機(jī)向智能化發(fā)展，真正成為“會(huì)思考”的空中機(jī)器人;2)高速帶寬：高速寬帶網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈實(shí)現(xiàn)無人機(jī)組網(wǎng)和互相連通，無人機(jī)編組、空地裝備聯(lián)合成為可能;3)更輕的材料和傳感器：材料科學(xué)和微機(jī)電技術(shù)進(jìn)一步減輕無人機(jī)平臺(tái)重量、提高精確度;4)更強(qiáng)的續(xù)航能力：電池續(xù)航能力的大幅上升，以及新能源技術(shù)賦予無人機(jī)更長(zhǎng)的飛行時(shí)間。

　　2、技術(shù)向民用外溢，無人機(jī)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)入普及時(shí)代

　　由于軍用無人機(jī)在”3D”(DULL，DIRTY，DANGEROUS)環(huán)境下執(zhí)行任務(wù)的顯著優(yōu)勢(shì)以及靈活機(jī)動(dòng)的特性，民用各行各業(yè)對(duì)無人機(jī)的應(yīng)用也翹首以盼。但相比軍用無人機(jī)近百年的發(fā)展歷史，民用無人機(jī)在上世紀(jì)80年代軍用無人機(jī)的現(xiàn)代系統(tǒng)得到大發(fā)展的基礎(chǔ)上才開始嘗試應(yīng)用，各領(lǐng)域全面開花應(yīng)用只有10余年時(shí)間。

　　日本的民用無人機(jī)開發(fā)較早：早在1983年雅馬哈公司采用摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)，開發(fā)了一種用于噴灑農(nóng)藥的無人直升機(jī)，1989年其成為實(shí)際首架成功用于試飛的無人直升機(jī)，2002年CERP公司及發(fā)明一款JAXA多用途民用無人機(jī);2003年開始，耗時(shí)3年，岐阜工業(yè)協(xié)會(huì)先后開發(fā)了4代無人機(jī)產(chǎn)品，主要應(yīng)用于森林防火、地震災(zāi)害評(píng)估等領(lǐng)域;

　　美國(guó)NASA牽頭成立世界級(jí)無人機(jī)應(yīng)用中心：2003年美國(guó)NASA成立世界級(jí)的無人機(jī)應(yīng)用中心，專門研究裝有高分辨率相機(jī)傳感器無人機(jī)的商業(yè)應(yīng)用。

　　近年美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局用無人機(jī)追蹤熱帶風(fēng)暴有關(guān)數(shù)據(jù)，借此完善颶風(fēng)預(yù)警模型。2007年森林大火肆虐時(shí)，美國(guó)宇航局使用“伊哈納”(Ikhana)的無人機(jī)來評(píng)估大火的嚴(yán)重程度，以及災(zāi)害的損失估算工作。2011年墨西哥灣鉆井平臺(tái)爆炸后艾倫實(shí)驗(yàn)室公司的無人機(jī)協(xié)助溢油監(jiān)測(cè)和溢油處理等。

　　以色列也專門組建了一個(gè)民用無人機(jī)及其工作模式的試驗(yàn)委員會(huì)，2008年給予“蒼鷺“無人機(jī)非軍事任務(wù)執(zhí)行證書，并與有關(guān)部門合作展開多種民用任務(wù)的試驗(yàn)飛行。。

　　歐洲在2006年制定并即刻實(shí)施的“民用無人機(jī)發(fā)展路線圖”，之后歐盟擬籌夠一個(gè)泛歐民用無人機(jī)協(xié)調(diào)組織，為解決最關(guān)鍵的空中安全和適航問題提供幫助。

　　中國(guó)起步早，近年發(fā)展較快：中國(guó)上世紀(jì)80年代，就將自行開發(fā)的無人機(jī)(脫胎于軍用機(jī)型)在地圖測(cè)繪和地質(zhì)勘探中做了嘗試。近些年，專為民用研制額”黔中“1號(hào)無人機(jī)與2010年順利首飛，2011你那國(guó)產(chǎn)”蜜蜂“28無人機(jī)，可全自主起飛、著陸、懸停和航路規(guī)劃，能應(yīng)用農(nóng)業(yè)噴灑、電力巡檢、防災(zāi)應(yīng)急、航拍測(cè)繪、中繼通信等。

　　對(duì)于民用領(lǐng)域，無人機(jī)僅僅是一個(gè)飛行平臺(tái)，其功能歸根到底要通過機(jī)載系統(tǒng)中的任務(wù)載荷設(shè)備來完成。

　　和ToB端各行各業(yè)無人機(jī)領(lǐng)域快速發(fā)展相比，近兩年ToC消費(fèi)端航拍、娛樂等市場(chǎng)，受益于無人機(jī)各方面技術(shù)的成熟和成本的大幅下降，可謂是爆發(fā)式發(fā)展。深圳大疆成立于06年，10年僅幾百萬收入，13年高達(dá)8億元，14年近30億元，15年估值100億。

　　3、硬件產(chǎn)業(yè)鏈成熟、成本下降為民用&消費(fèi)無人機(jī)爆發(fā)創(chuàng)造條件

　　近十年民用和消費(fèi)級(jí)無人機(jī)市場(chǎng)的興起，和硬件產(chǎn)業(yè)鏈的成熟、成本曲線不斷下降密不可分：隨著移動(dòng)終端的興起，芯片、電池、慣性傳感器、通訊芯片等產(chǎn)業(yè)鏈迅速成熟，成本下降，使智能化進(jìn)程得以迅速向更加小型化、低功耗的設(shè)備邁進(jìn)。這也給無人機(jī)整體硬件的迅速創(chuàng)新和成本下降創(chuàng)造了良好條件：

　　芯片——目前一個(gè)高性能FPGA芯片就可以在無人機(jī)上實(shí)現(xiàn)雙CPU的功能，以滿足導(dǎo)航傳感器的信息融合，實(shí)現(xiàn)無人飛行器的最優(yōu)控制。

　　慣性傳感器——伴隨著蘋果在iPhone上大量應(yīng)用加速計(jì)、陀螺儀、地磁傳感器等，MEMS慣性傳感器從2011年開始大規(guī)模興起，6軸、9軸的慣性傳感器也逐漸取代了單個(gè)傳感器，成本和功耗進(jìn)一步降低，成本僅在幾美元。另外GPS芯片僅重0.3克，價(jià)格不到5美元。

　　Wifi等無線通信——Wifi等通信芯片用于控制和傳輸圖像信息，通信傳輸速度和質(zhì)量已經(jīng)可以充分滿足幾百米的傳輸需求。

　　電池——電池能量密度不斷增加，使得無人機(jī)在保持較輕的重量下，續(xù)航時(shí)間能有25-30分鐘，達(dá)到可以滿足一些基本應(yīng)用的程度，此外，太陽能電池技術(shù)使得高海拔無人機(jī)可持續(xù)飛行一周甚至更長(zhǎng)時(shí)間。

　　相機(jī)等——近年來移動(dòng)終端同樣促進(jìn)了鋰電池、高像素?cái)z像頭性能的急劇提升和成本下降。

　　4、飛控系統(tǒng)開源，無人機(jī)飛入尋常百姓家

　　如果說硬件成本下降解決了無人機(jī)“身體”的問題，近年來飛控系統(tǒng)開源化的趨勢(shì)解決了無人機(jī)“大腦”的問題，從此無人機(jī)不再是軍用和科研機(jī)構(gòu)的專利，全世界的商業(yè)企業(yè)和發(fā)燒友都加入了無人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的大潮中，是引爆民用和消費(fèi)無人機(jī)市場(chǎng)的“爆點(diǎn)”。

　　德國(guó)MK公司是多旋翼無人機(jī)系統(tǒng)開源的鼻祖，其后2011年美國(guó)APM公司開放無人機(jī)設(shè)計(jì)平臺(tái)徹底點(diǎn)燃了市場(chǎng)對(duì)無人機(jī)系統(tǒng)開發(fā)的熱情，2012年以后民用和消費(fèi)無人機(jī)進(jìn)入了加速上行的通道。

　　至今，國(guó)際無人機(jī)行業(yè)已經(jīng)形成了APM(用戶最多)、德國(guó)MK(最早的開源系統(tǒng))、Paparazzi(穩(wěn)定性高、擴(kuò)展性強(qiáng))、PX4和MWC(兼容性強(qiáng))等五大無人機(jī)開源平臺(tái)。

　　以PPZ(Paparazzi)為例，始于2003年的PPZ是一個(gè)軟硬件全開源的系統(tǒng)，至今已經(jīng)形成了不僅覆蓋傳感器、GPS、自動(dòng)駕駛軟件，同時(shí)覆蓋地面設(shè)備的全套成熟解決方案，既可以驅(qū)動(dòng)固定翼飛機(jī)、也可以驅(qū)動(dòng)旋翼機(jī)，并且可以通過地面控制軟件實(shí)時(shí)監(jiān)控飛機(jī)飛行的衛(wèi)星地圖。可以說，強(qiáng)大的開源飛控系統(tǒng)已經(jīng)使得無人機(jī)全面進(jìn)入“用戶友好”時(shí)代。

　　2014年10月，著名計(jì)算機(jī)開源系統(tǒng)公司Linux推出了名為“Dronecode”的無人機(jī)開源系統(tǒng)合作項(xiàng)目，將3DRobotics、英特爾、高通、百度等科技巨頭納入項(xiàng)目組，旨在為為無人機(jī)開發(fā)者提供所需要的資源、工具和技術(shù)支持，加快無人機(jī)和機(jī)器人領(lǐng)域的發(fā)展。根據(jù)Teal航空市場(chǎng)調(diào)研公司的報(bào)告，Dronecode項(xiàng)目使未來十年世界無人機(jī)研發(fā)、測(cè)試和評(píng)估等活動(dòng)的總值達(dá)到910億美元。Dronecode開發(fā)界面囊括了無人越野車、無人固定翼飛機(jī)、無人直升機(jī)和各種多軸旋翼無人機(jī)等，吸收了APM、PX4等多個(gè)平臺(tái)，進(jìn)一步推動(dòng)了系統(tǒng)開發(fā)的可視化和友好化。