【扫盲】史上最全最专业无人机知识盘点（上）

　　4、数据链是“放风筝的线”–从独立专用系统向全球信息格栅(GIG)过渡

　　数据链传输系统是无人机的重要技术组成，负责完成对无人机遥控、遥测、跟踪定位和传感器传输，上行数据链实现对无人机遥控、下行数据链执行遥测、数据传输功能。普通无人机大多采用定制视距数据链，而中高空、长航时无人机则都会采用视距和超视距卫通数据链。

　　现代数据链技术的发展推动者无人机数据链向着高速、宽带、保密、抗干扰的方向发展，无人机实用化能力将越来越强。往前看，随着机载传感器、定位的精细程度和执行任务的复杂程度不断上升，对数据链的贷款提出了很强的要求，未来随着机载高速处理器的突飞猛进，预计几年后现有射频数据链的传输速率将翻倍，未来在全天候要求低的领域可能还将出现激光通讯方式。

　　从美国制定的无人机通信网络发展战略上看，数据链系统从最初IP化的传输、多机互连网络，正在向卫星网络转换传输，以及最终的完全全球信息格栅(GIG)配置过渡，为授权用户提供无缝全球信息资源交互能力，既支持固定用户、又支持移动用户。

　　3.无人机发展缘起

　　1、军用技术溢出，成本下降引爆民用市场

　　战争是无人机发展的头号牵引力，20世纪末经历三大技术发展浪潮

　　毫无疑问，无人机发展的初期是为了纯粹的军事用途：一战时期英国研制的世界第一款无人机被定义为“会飞的炸弹”，二战时期德军已经开始大量应用无人驾驶轰炸机参战;二战后无人机研发的中心出现在美国和以色列，用途延伸至战地侦察和情报搜集，无人机被派往朝鲜、越南和海湾战场协助美军和以色列军队作战。正是由于无人机在侦查方面低成本、控制灵活、持续时间长的天然优势，各国军队相继投入大量经费研发无人机系统。

　　无人机技术在20世纪末经历了三次发展浪潮、真正进入了第一个“黄金时代”：1)1990年后，全球共有30多个国家装备了师级(大型)战术无人机系统，代表机型有美国“猎人”、“先驱者”，以色列“侦察兵”、“先锋”等;2)1993年后，中高空长航时军用无人机得到迅速发展，以美国“蒂尔”无人机发展计划为代表，在波黑战争中大放异彩;3)20世纪末，旅团级(中小型)固定翼和旋翼战术无人机系统出现，其体积小、价格更低、机动性好，标志着无人机进入大规模应用时代。

　　早期的航空技术解决的是无人机能够飞行的问题，而20世纪80年代以来现代技术的发展为无人机更高的飞行性能、更好的可靠性提供了条件，其中：1)智能化：自主飞控技术、急剧攀升的计算机处理能力推动无人机向智能化发展，真正成为“会思考”的空中机器人;2)高速带宽：高速宽带网数据链实现无人机组网和互相连通，无人机编组、空地装备联合成为可能;3)更轻的材料和传感器：材料科学和微机电技术进一步减轻无人机平台重量、提高精确度;4)更强的续航能力：电池续航能力的大幅上升，以及新能源技术赋予无人机更长的飞行时间。

　　2、技术向民用外溢，无人机产业化进入普及时代

　　由于军用无人机在”3D”(DULL，DIRTY，DANGEROUS)环境下执行任务的显著优势以及灵活机动的特性，民用各行各业对无人机的应用也翘首以盼。但相比军用无人机近百年的发展历史，民用无人机在上世纪80年代军用无人机的现代系统得到大发展的基础上才开始尝试应用，各领域全面开花应用只有10余年时间。

　　日本的民用无人机开发较早：早在1983年雅马哈公司采用摩托车发动机，开发了一种用于喷洒农药的无人直升机，1989年其成为实际首架成功用于试飞的无人直升机，2002年CERP公司及发明一款JAXA多用途民用无人机;2003年开始，耗时3年，岐阜工业协会先后开发了4代无人机产品，主要应用于森林防火、地震灾害评估等领域;

　　美国NASA牵头成立世界级无人机应用中心：2003年美国NASA成立世界级的无人机应用中心，专门研究装有高分辨率相机传感器无人机的商业应用。

　　近年美国国家海洋和大气管理局用无人机追踪热带风暴有关数据，借此完善飓风预警模型。2007年森林大火肆虐时，美国宇航局使用“伊哈纳”(Ikhana)的无人机来评估大火的严重程度，以及灾害的损失估算工作。2011年墨西哥湾钻井平台爆炸后艾伦实验室公司的无人机协助溢油监测和溢油处理等。

　　以色列也专门组建了一个民用无人机及其工作模式的试验委员会，2008年给予“苍鹭“无人机非军事任务执行证书，并与有关部门合作展开多种民用任务的试验飞行。。

　　欧洲在2006年制定并即刻实施的“民用无人机发展路线图”，之后欧盟拟筹够一个泛欧民用无人机协调组织，为解决最关键的空中安全和适航问题提供帮助。

　　中国起步早，近年发展较快：中国上世纪80年代，就将自行开发的无人机(脱胎于军用机型)在地图测绘和地质勘探中做了尝试。近些年，专为民用研制额”黔中“1号无人机与2010年顺利首飞，2011你那国产”蜜蜂“28无人机，可全自主起飞、着陆、悬停和航路规划，能应用农业喷洒、电力巡检、防灾应急、航拍测绘、中继通信等。

　　对于民用领域，无人机仅仅是一个飞行平台，其功能归根到底要通过机载系统中的任务载荷设备来完成。

　　和ToB端各行各业无人机领域快速发展相比，近两年ToC消费端航拍、娱乐等市场，受益于无人机各方面技术的成熟和成本的大幅下降，可谓是爆发式发展。深圳大疆成立于06年，10年仅几百万收入，13年高达8亿元，14年近30亿元，15年估值100亿。

　　3、硬件产业链成熟、成本下降为民用&消费无人机爆发创造条件

　　近十年民用和消费级无人机市场的兴起，和硬件产业链的成熟、成本曲线不断下降密不可分：随着移动终端的兴起，芯片、电池、惯性传感器、通讯芯片等产业链迅速成熟，成本下降，使智能化进程得以迅速向更加小型化、低功耗的设备迈进。这也给无人机整体硬件的迅速创新和成本下降创造了良好条件：

　　芯片——目前一个高性能FPGA芯片就可以在无人机上实现双CPU的功能，以满足导航传感器的信息融合，实现无人飞行器的最优控制。

　　惯性传感器——伴随着苹果在iPhone上大量应用加速计、陀螺仪、地磁传感器等，MEMS惯性传感器从2011年开始大规模兴起，6轴、9轴的惯性传感器也逐渐取代了单个传感器，成本和功耗进一步降低，成本仅在几美元。另外GPS芯片仅重0.3克，价格不到5美元。

　　Wifi等无线通信——Wifi等通信芯片用于控制和传输图像信息，通信传输速度和质量已经可以充分满足几百米的传输需求。

　　电池——电池能量密度不断增加，使得无人机在保持较轻的重量下，续航时间能有25-30分钟，达到可以满足一些基本应用的程度，此外，太阳能电池技术使得高海拔无人机可持续飞行一周甚至更长时间。

　　相机等——近年来移动终端同样促进了锂电池、高像素摄像头性能的急剧提升和成本下降。

　　4、飞控系统开源，无人机飞入寻常百姓家

　　如果说硬件成本下降解决了无人机“身体”的问题，近年来飞控系统开源化的趋势解决了无人机“大脑”的问题，从此无人机不再是军用和科研机构的专利，全世界的商业企业和发烧友都加入了无人机系统设计的大潮中，是引爆民用和消费无人机市场的“爆点”。

　　德国MK公司是多旋翼无人机系统开源的鼻祖，其后2011年美国APM公司开放无人机设计平台彻底点燃了市场对无人机系统开发的热情，2012年以后民用和消费无人机进入了加速上行的通道。

　　至今，国际无人机行业已经形成了APM(用户最多)、德国MK(最早的开源系统)、Paparazzi(稳定性高、扩展性强)、PX4和MWC(兼容性强)等五大无人机开源平台。

　　以PPZ(Paparazzi)为例，始于2003年的PPZ是一个软硬件全开源的系统，至今已经形成了不仅覆盖传感器、GPS、自动驾驶软件，同时覆盖地面设备的全套成熟解决方案，既可以驱动固定翼飞机、也可以驱动旋翼机，并且可以通过地面控制软件实时监控飞机飞行的卫星地图。可以说，强大的开源飞控系统已经使得无人机全面进入“用户友好”时代。

　　2014年10月，著名计算机开源系统公司Linux推出了名为“Dronecode”的无人机开源系统合作项目，将3DRobotics、英特尔、高通、百度等科技巨头纳入项目组，旨在为为无人机开发者提供所需要的资源、工具和技术支持，加快无人机和机器人领域的发展。根据Teal航空市场调研公司的报告，Dronecode项目使未来十年世界无人机研发、测试和评估等活动的总值达到910亿美元。Dronecode开发界面囊括了无人越野车、无人固定翼飞机、无人直升机和各种多轴旋翼无人机等，吸收了APM、PX4等多个平台，进一步推动了系统开发的可视化和友好化。