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無人機(jī)關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)
無人駕駛飛機(jī)簡(jiǎn)稱“無人機(jī)”，英文縮寫為“UAV”，是利用無線電遙控設(shè)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?guī)淼臒o人機(jī)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(xù)航能力是目前制約無人機(jī)發(fā)展的重大障礙，消費(fèi)級(jí)多旋翼續(xù)航時(shí)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(yè)的極大不便。無人機(jī)必須在動(dòng)力方面實(shí)現(xiàn)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(shù)有限公司報(bào)道采用燃料電池的四旋翼進(jìn)行了3小時(shí)43分鐘續(xù)航飛行。此外，石墨烯、鋁空氣電池、納米電池這三項(xiàng)電池技術(shù)有望成為未來電池世界的希望。人們對(duì)這些新的電池技術(shù)有著十分迫切的需求。它們將首先會(huì)被應(yīng)用到手機(jī)和電動(dòng)汽車，隨后可配備于多旋翼。
2. 混合動(dòng)力
2015年，美國(guó)初創(chuàng)公司Top Flight Technologies報(bào)道自己開發(fā)混合動(dòng)力六旋翼無人機(jī)。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(fù)重達(dá)約9公斤。另外，一家來自德國(guó)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. 無線充電
無線充電技術(shù)已經(jīng)在手機(jī)、電動(dòng)牙刷等電子產(chǎn)品上實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)化，并正在電動(dòng)汽車領(lǐng)域開展深入應(yīng)用。來自德國(guó)柏林的初創(chuàng)公司Sky Sense在無人機(jī)戶外充電方面提供了一種解決方案：研發(fā)出一塊可以為無人機(jī)進(jìn)行無線充電的平板。Sky Sense的最大特點(diǎn)是可以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，無人機(jī)的降落—充電—起飛全過程可以獨(dú)立實(shí)現(xiàn)，不需要有人在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行干預(yù)和輔助。如果充電時(shí)間更快，那么無線充電技術(shù)將會(huì)極大地幫助多旋翼進(jìn)行長(zhǎng)途飛行。
二、導(dǎo)航技術(shù)
無人機(jī)準(zhǔn)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(xué)問題，在無人機(jī)的任何發(fā)展階段都是繞不開的問題。
1. 定位技術(shù)
(1)GPS載波相位定位
目前正在這方面開展研究的項(xiàng)目有：Swift Navigation公司開發(fā)的Piksi; 日本東京海洋大學(xué)開發(fā)的RTKLIB開源項(xiàng)目。
(2)多信息源定位
英國(guó)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(jī)、Wi-Fi 等等信息定位，彌補(bǔ)GPS 的不足。
(3)UWB (Ultra Wideband，超寬帶)無線定位
2. 測(cè)速技術(shù)
目前公認(rèn)的比較精確的測(cè)速方案是通過“視覺(光流)+超聲波+慣導(dǎo)”的融合。AR.Drone是最早采用該項(xiàng)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自駕儀開源項(xiàng)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(xiàng)技術(shù)。
3. 避障技術(shù)
讓飛行中的無人機(jī)“長(zhǎng)眼鏡”，能夠識(shí)別飛行路徑上的障礙物，并準(zhǔn)確繞飛或懸停，是實(shí)現(xiàn)無人機(jī)智能化的重要一步。未來無人機(jī)避障技術(shù)將在這些方面實(shí)現(xiàn)突破：
(1)深度相機(jī)避障技術(shù);
(2)聲吶系統(tǒng)避障技術(shù);
(3)“視覺+憶阻器”避障技術(shù);
(4)雙目視覺避障技術(shù);
(5)小型電子掃描雷達(dá);
(6)激光掃描測(cè)距雷達(dá);
(7)四維雷達(dá)。
4. 跟蹤技術(shù)
識(shí)別目標(biāo)并進(jìn)行跟蹤飛行，減輕使用者的操作負(fù)擔(dān)，并能夠利用無人機(jī)執(zhí)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)視覺跟蹤。
目前在大疆Phantom4等先進(jìn)機(jī)型上這些技術(shù)都已經(jīng)有所體現(xiàn)。
三、交互技術(shù)
無人機(jī)目前主要通過遙控器進(jìn)行飛行控制，需要專業(yè)訓(xùn)練，具有一定的局限性。隨著新技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)應(yīng)簡(jiǎn)化對(duì)操作人員的要求，提升用戶體驗(yàn)。
(1)手勢(shì)控制技術(shù)
手勢(shì)交互是一種未來人機(jī)交互的趨勢(shì)，目前在精確度上存在挑戰(zhàn)。在CES2014的展場(chǎng)上，有利用MYO手勢(shì)控制臂帶來控制AR.Drone2.0四旋翼的演示。
(2)腦機(jī)接口技術(shù)
近年來，科研人員在多個(gè)領(lǐng)域都運(yùn)用到了BCI(Brain Computer Interface，腦機(jī)接口技術(shù))技術(shù)，科員人員運(yùn)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(yàn)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)合無人機(jī)聯(lián)盟組織召開了4G聯(lián)盟與無人機(jī)聯(lián)盟交流研討會(huì)，旨在加強(qiáng)北京4G聯(lián)盟和無人機(jī)聯(lián)盟之間技術(shù)交流，尋找無人機(jī)機(jī)載載荷與4G設(shè)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(guó)移動(dòng)開發(fā)4G“超級(jí)空戰(zhàn)隊(duì)”設(shè)備，能支持航拍影像即拍即傳。5G的速度比現(xiàn)在的LTE網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)連接速度快250倍，它標(biāo)志著無線行業(yè)的一個(gè)新的里程碑。無論是智能手機(jī)，還是汽車、醫(yī)療設(shè)備、無人機(jī)和其他設(shè)備，都將受益于這一無線連接速度。
(2)Wifi通訊技術(shù)
2013年，德國(guó)的卡爾斯魯厄理工學(xué)院開發(fā)出了一項(xiàng)新的無線廣域網(wǎng)技術(shù)，打破了最快的WiFi網(wǎng)絡(luò)速度紀(jì)錄，它可以讓1公里以外的用戶每秒鐘下載40GB。由于這種設(shè)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(shè)備很適合無人機(jī)航拍圖傳或光纖布放不方便的農(nóng)村地區(qū)應(yīng)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無人機(jī)是基于高通Snapdragon芯片開發(fā)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(jù)美國(guó)科技新聞網(wǎng)站Engadget報(bào)道，高通已經(jīng)為無人機(jī)市場(chǎng)推出了一個(gè)芯片解決方案，名為“驍龍飛行平臺(tái)”。
英特爾CEO Brian Krzanich也親自在CES上演示了他們的無人機(jī)，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(jī)器人市場(chǎng)的歐洲處理器廠商XMOS也表示已經(jīng)進(jìn)入到無人機(jī)領(lǐng)域。
(2)3DR發(fā)表聲明與Intel英特爾共同合作開發(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(nèi)的多家科技公司都在模擬大腦，開發(fā)神經(jīng)元芯片。而一旦類似芯片被應(yīng)用于無人機(jī)，自主反應(yīng)、自動(dòng)識(shí)別有望會(huì)變得輕而易舉。
六、平臺(tái)技術(shù)
(1)“Dronecode”的無人機(jī)開源系統(tǒng)
2014年10月，著名開源基金會(huì)Linux推出了名為“Dronecode”的無人機(jī)開源系統(tǒng)合作項(xiàng)目，將3D Robotics、英特爾、高通、百度等科技巨頭納入項(xiàng)目組，旨在為無人機(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。
(2)Ubuntu 15.04 操作系統(tǒng)
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、科技專業(yè)人士與開發(fā)者使用，能夠在無人機(jī)等領(lǐng)域中使用。
(3)Airware發(fā)布企業(yè)級(jí)無人機(jī)系統(tǒng)
Airware公司旨在通過標(biāo)準(zhǔn)化的無人機(jī)軟件系統(tǒng)，幫助企業(yè)迅速、高效地完成商用無人飛行器的部署及管理——該系統(tǒng)已于本周四正式發(fā)布，通過硬件和軟件的結(jié)合，Airware成功實(shí)現(xiàn)了在一個(gè)軟件平臺(tái)上統(tǒng)一管理多個(gè)不同型號(hào)、不同品牌無人機(jī)的目標(biāo)。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(jì)劃在NASA加州基地針對(duì)不同類型的無人機(jī)(四旋翼、直升機(jī)、固定翼飛機(jī))展開一系列的飛行和實(shí)驗(yàn)室測(cè)試。
(2)初創(chuàng)公司SkyWard正在研發(fā)一個(gè)無人機(jī)交通控制系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)將讓數(shù)千無人機(jī)在城市上空飛行而不會(huì)互相碰撞。Skyward正在跟FAA和全球三大無人機(jī)制造商——國(guó)內(nèi)的大疆、美國(guó)的3D Robotics和法國(guó)的Parrot——合作以證明大量的無人機(jī)可以在擁擠的空域安全地共存。
(3)美國(guó)航天局(NASA)同空間技術(shù)公司Exelis已經(jīng)聯(lián)手組成團(tuán)隊(duì)開發(fā)無人機(jī)空中交通管制系統(tǒng)的原型產(chǎn)品。
(4)位于美國(guó)西雅圖的Transtrex公司，發(fā)布了測(cè)試版本的無人機(jī)動(dòng)態(tài)地理空間限制系統(tǒng)軟件。該系統(tǒng)是為了確保無人機(jī)在500英尺高度下，安全規(guī)范飛行而設(shè)計(jì)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(guó)際飛行訓(xùn)練展會(huì)上，中國(guó)AOPA聯(lián)合多家企業(yè)開發(fā)的針對(duì)輕小無人機(jī)的“U Cloud”無人機(jī)監(jiān)管系統(tǒng)宣布上線。
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