一、动力技(jì)术
续航能力是目(mù)前制约无人机发(fā)展的重大障碍,消费级多旋翼续航时间基(jī)本在20min左(zuǒ)右,用户外出飞行不得不携带多块(kuài)电池备(bèi)用,造成使用作业的极大不便(biàn)。无人机必须在动力方(fāng)面(miàn)实现突破才(cái)能走上(shàng)新的革命性(xìng)高度。
1. 新型电池
2015年,来自加(jiā)拿大蒙(méng)特利尔的Energy Or技术有限公司报(bào)道采用燃料电(diàn)池的四(sì)旋翼进行了3小(xiǎo)时43分钟续(xù)航飞行(háng)。此外,石墨烯、铝空气电池(chí)、纳米电池这三项电池(chí)技术有(yǒu)望成为未来电池世界(jiè)的希望。人们对这些(xiē)新的电池技术有着十分迫切的需求(qiú)。它(tā)们将首先会被应(yīng)用到手机(jī)和电(diàn)动汽车,随后可配备于多旋翼。
2. 混合动力
2015年,美国初(chū)创公司Top Flight Technologies报道自己(jǐ)开发混(hún)合动力六旋翼无人(rén)机(jī)。该六旋翼仅需要(yào)1加仑汽(qì)油,便可以飞行两个(gè)半小时,约160公里的距(jù)离(lí),最高负(fù)重(chóng)达约9公斤。另外,一家来(lái)自德(dé)国的公司Airstier推出(chū)了一款(kuǎn)多旋翼(yì)。该多旋(xuán)翼采用油电混合动力,有效(xiào)载(zǎi)荷5公斤,可(kě)飞行1个小(xiǎo)时。
3. 地面供(gòng)电
采用地面供电(diàn)的系留(liú)多(duō)旋翼,通过电缆将电能源源不断输送给多(duō)旋翼,可以极大提升(shēng)多旋(xuán)翼的(de)滞空时间(jiān)。比如:以色列公司Skysapience旋翼(yì)。
4. 无线(xiàn)充电
无线(xiàn)充电(diàn)技术已经在手机、电动牙(yá)刷等电子产品上实现市场化,并(bìng)正在电动汽车领域开(kāi)展深入应用。来自德国柏林的初创(chuàng)公司Sky Sense在无人机户(hù)外(wài)充电方面(miàn)提供了(le)一种(zhǒng)解决方案(àn):研(yán)发出(chū)一块可(kě)以为无人(rén)机(jī)进行无线充(chōng)电的平(píng)板(bǎn)。Sky Sense的最大特(tè)点(diǎn)是可以(yǐ)进行远程控制,无人(rén)机的降落—充电—起飞(fēi)全(quán)过程可以独立实(shí)现,不(bú)需要有人在现(xiàn)场进行干预和辅助(zhù)。如果充电(diàn)时间(jiān)更快(kuài),那么无线充电技术将(jiāng)会极大地帮助多旋翼(yì)进行长途飞(fēi)行。
二、导航技术
无人机(jī)准(zhǔn)确地知道自(zì)己“在哪儿”、“去哪儿”,几(jǐ)乎(hū)是类似于人类“从哪(nǎ)里来(lái)、到哪里去”的(de)哲学问题,在无人机的任何发展阶段都是(shì)绕不开的问(wèn)题。
1. 定位技术
(1)GPS载波(bō)相位定位
目(mù)前正在这方面开(kāi)展(zhǎn)研究的项目(mù)有:Swift Navigation公司开发的Piksi; 日本东京海洋(yáng)大学开发(fā)的(de)RTKLIB开(kāi)源(yuán)项目。
(2)多信息源定位
英国军方BAE 最近公布(bù)了他们研发的名为NAVSOP的定位(wèi)技术。该技(jì)术将利(lì)用包括(kuò)TV、收音机、Wi-Fi 等等信息定位,弥补GPS 的不足(zú)。
(3)UWB (Ultra Wideband,超宽(kuān)带(dài))无线定(dìng)位
相关研究(jiū)可参(cān)考:J D Hol, et al. Tightly coupled UWB/IMU pose estimation. In:Proceedingsof the IEEE International Conference on Ultra-Wideband. New York, USA: IEEE, 2009.
2. 测速技术
目前公认(rèn)的比(bǐ)较精确的测速方案是通(tōng)过(guò)“视觉(光流)+超声波(bō)+惯(guàn)导”的(de)融合。AR.Drone是最早采用该项技术(shù)的多旋翼飞行器,极大提升了飞行器(qì)的可操控(kòng)性,获得了巨大的成功。
3. 避(bì)障技(jì)术
让飞行中的(de)无人机“长眼镜”,能(néng)够识别飞行路(lù)径上的障(zhàng)碍物,并准(zhǔn)确绕飞或悬停,是实现无人机(jī)智(zhì)能化的重要一步。未来无(wú)人机避障技术将在这些方面(miàn)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(yì)阻器”避障技(jì)术;
(4)双目视觉避(bì)障(zhàng)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(zōng)技术
识别目标并(bìng)进行跟踪飞行(háng),减轻(qīng)使(shǐ)用者的操(cāo)作负(fù)担,并能够利用无人机执行(háng)特殊环境条件下的特殊任务。智能跟踪(zōng)主(zhǔ)要有:
(1)GPS跟踪;
(2)视觉跟踪(zōng)。
三(sān)、交(jiāo)互技术
无人机目前主要通过(guò)遥(yáo)控器进行飞行控制,需(xū)要专业训练,具有一定的局(jú)限性。随着新技(jì)术(shù)的发展,无(wú)人机应简化对操作人员的要求,提(tí)升用户体验(yàn)。
(1)手势控制技术
手势交互是一种未来人机交(jiāo)互的趋势,目前在精确度上存在挑战(zhàn)。在CES2014的展场上,有利用MYO手势控(kòng)制(zhì)臂带来(lái)控制AR.Drone2.0四旋(xuán)翼的演示(shì)。
(2)脑机接口技术
近(jìn)年来,科研人员在多个领域都运(yùn)用到(dào)了BCI(Brain Computer Interface,脑(nǎo)机接口(kǒu)技术)技(jì)术(shù),科员人员运用该技术(shù)制作新型玩具、为残疾人制作义肢。作为需要安全(quán)性较高的飞行器,这种方(fāng)式目(mù)前(qián)还不成(chéng)熟(shú)。它可作为一(yī)种验证性质的技术展示,离实(shí)际还(hái)有不少距离。
四、通讯技术
(1)4G/5G通讯技术
2013年(nián)6月17日,北京(jīng)4G联盟联合无人机联盟组织召开(kāi)了4G联盟(méng)与无人(rén)机联(lián)盟交流(liú)研讨会,旨在加强北京4G联盟和(hé)无人机联(lián)盟之间(jiān)技术交(jiāo)流,寻找无人机机(jī)载载荷与4G设备仪器的(de)聚焦,促进北京市信息(xī)产(chǎn)业(yè)发展。2015年,中国移动开发4G“超级空战队”设备(bèi),能支持航拍影像即拍即传。5G的速度(dù)比现在的LTE网络标准(zhǔn)连接速(sù)度(dù)快250倍,它标志着无线行业(yè)的一个(gè)新的里程碑。无论是智能手机,还是汽车、医疗(liáo)设备、无(wú)人机和其他设备,都将受益(yì)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(è)理工学(xué)院开发(fā)出了一项新的无线广域(yù)网技(jì)术,打破(pò)了最(zuì)快的WiFi网络速度纪录,它可以让1公里(lǐ)以外的用户每秒钟下载40GB。由于这(zhè)种设备的传输距离比普通WiFi路由器(qì)的覆盖范围要广得(dé)多,因此这种设备很适(shì)合无人(rén)机航(háng)拍图传或光(guāng)纤布(bù)放不方便的农村(cūn)地区应用。
五、芯片技术
(1)2014年CES上,高通和(hé)英特尔展示了功能更为丰富的多(duō)轴(zhóu)飞行器。例如,高通CES上展示的Snapdragon Cargo无人机是(shì)基于(yú)高通Snapdragon芯片(piàn)开发出来的飞(fēi)行控制器,它有无线通信、传感器集成和(hé)空间定位等(děng)功(gōng)能(néng)。2015年9月(yuè),据美(měi)国科技新闻网(wǎng)站Engadget报(bào)道,高通已经为无人机市场(chǎng)推出了一个芯(xīn)片解决方(fāng)案,名(míng)为“骁龙(lóng)飞行(háng)平台”。
英(yīng)特尔CEO Brian Krzanich也(yě)亲自在CES上演示了他们的无人机,采用了四核的英特尔凌(líng)动(Atom)处理器的PCI-express定(dìng)制卡。此外,活跃在(zài)在机器(qì)人(rén)市场(chǎng)的欧(ōu)洲处理(lǐ)器厂商(shāng)XMOS也表示(shì)已经进入到无人机领域。
(2)3DR发表(biǎo)声明与(yǔ)Intel英(yīng)特尔共同合作开发Edison芯片(piàn),这是一种新型微型处(chù)理芯片。它(tā)只(zhī)有一个硬币的大小,却(què)具有个人电脑一样的处理能(néng)力(lì)。
(3)目前(qián),包括IBM在内(nèi)的多家科(kē)技公司都(dōu)在模拟(nǐ)大脑,开发神经元芯片。而(ér)一旦类似芯片被应(yīng)用于无(wú)人机,自主反应、自动识别有望会变得轻而易举。
六、平台技(jì)术
(1)“Dronecode”的无人机开源系统
2014年10月(yuè),著名开源基金会Linux推(tuī)出(chū)了名为“Dronecode”的无人机(jī)开源系(xì)统(tǒng)合作项目(mù),将3D Robotics、英特尔、高通、百度等(děng)科技巨头纳入项目组,旨在为无人机(jī)开发(fā)者提供所(suǒ)需要的资源、工具(jù)和技术支(zhī)持,加快无人机(jī)和机器人领域(yù)的发展。
(2)Ubuntu 15.04 操作系统
Ubuntu 15.04的物联网(wǎng)版本是Ubuntu 目前最小且最安全(quán)的(de)版本(běn),非常地精简,适合发行家、科技专业人士与开发者(zhě)使用(yòng),能够在无人机(jī)等领域中使用。
(3)Airware发布企业级(jí)无人(rén)机系统
Airware公司旨在通过标(biāo)准化的无人机软件(jiàn)系统(tǒng),帮助企业迅速、高效地完(wán)成(chéng)商用无人飞行器的部署及管理——该系(xì)统已于本周四正式发布(bù),通过硬(yìng)件和软件的(de)结合(hé),Airware成功实现了在一个软件(jiàn)平台上(shàng)统一管理多个不(bú)同型号、不同品牌无人机的目标。目(mù)前,Airware产品已获得(dé)两家合作伙伴的采纳,分别(bié)为通用电气(也同时(shí)是Airware的投资者)和(hé)Infinigy。Infinigy是一家通讯公司。
七、空管技术(shù)
(1)2014年,Airware计划在NASA加州(zhōu)基地针对不(bú)同类型的无人机(四旋翼、直升机、固定(dìng)翼飞机)展(zhǎn)开一系列(liè)的飞行和实验室(shì)测试。
(2)初创公司SkyWard正在研发一个无(wú)人机交通控制系统,这(zhè)个系统(tǒng)将让数千无人机(jī)在城市(shì)上(shàng)空飞行而不会(huì)互相(xiàng)碰撞。Skyward正(zhèng)在跟FAA和全球三大无人机制造商——国(guó)内的大疆、美国的3D Robotics和法(fǎ)国的Parrot——合作以证明(míng)大量的无人机可以在拥挤的空域(yù)安全地共(gòng)存。
(3)美(měi)国航(háng)天局(NASA)同(tóng)空间技术公司Exelis已经联(lián)手(shǒu)组(zǔ)成(chéng)团队开(kāi)发无人机空(kōng)中(zhōng)交通管制(zhì)系统的原型产品。
(4)位于美(měi)国西雅图的Transtrex公司,发布(bù)了测试版本的无人机动态地理空(kōng)间限制系统软件。该系统是为了确保无人(rén)机在(zài)500英尺高度下,安全规范(fàn)飞行而设计的。
(5)在(zài)第(dì)三届AOPA(Aircraft Owners and Pilots Association,航空器拥有(yǒu)者及(jí)驾驶员协会)国(guó)际飞行训练展会上,中国AOPA联合多(duō)家企业开发的针对轻小无人机的(de)“U Cloud”无人机监管系统(tǒng)宣(xuān)布上线。(源自:无人机(jī)系统(tǒng)标准(zhǔn)化)

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