無人機(jī)知識普及：從技術(shù)到政策，想知道的都在這里

一、無人機(jī)是什么

無人機(jī)是無人駕駛飛機(jī)的簡稱（Unmanned Aerial Vehicle），是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置的不載人飛機(jī)，包括無人直升機(jī)、固定翼機(jī)、多旋翼飛行器、無人飛艇、無人傘翼機(jī)。廣義地看也包括臨近空間飛行器（20-100 公里空域），如平流層飛艇、高空氣球、太陽能無人機(jī)等。從某種角度來看，無人機(jī)可以在無人駕駛的條件下完成復(fù)雜空中飛行任務(wù)和各種負(fù)載任務(wù)，可以被看做是“空中機(jī)器人”。

按照不同平臺(tái)構(gòu)型來分類，無人機(jī)可主要有固定翼無人機(jī)、無人直升機(jī)和多旋翼無人機(jī)三大平臺(tái)，其它小種類無人機(jī)平臺(tái)還包括傘翼無人機(jī)、撲翼無人機(jī)和無人飛船等。固定翼無人機(jī)是軍用和多數(shù)民用無人機(jī)的主流平臺(tái)，最大特點(diǎn)是飛行速度較快；無人直升機(jī)是靈活性最強(qiáng)的無人機(jī)平臺(tái)，可以原地垂直起飛和懸停；多旋翼（多軸）無人機(jī)是消費(fèi)級和部分民用用途的首選平臺(tái)，靈活性介于固定翼和直升機(jī)中間（起降需要推力），但操縱簡單、成本較低。

按不同使用領(lǐng)域來劃分，無人機(jī)可分為軍用、民用和消費(fèi)級三大類，對于無人機(jī)的性能要求各有偏重：1）軍用無人機(jī)對于靈敏度、飛行高度速度、智能化等有著更高的要求，是技術(shù)水平最高的無人機(jī)，包括偵察、誘餌、電子對抗、通信中繼、靶機(jī)和無人戰(zhàn)斗機(jī)等機(jī)型；

2）民用無人機(jī)一般對于速度、升限和航程等要求都較低，但對于人員操作培訓(xùn)、綜合成本有較高的要求，因此需要形成成熟的產(chǎn)業(yè)鏈提供盡可能低廉的零部件和支持服務(wù)，目前來看民用無人機(jī)最大的市場在于政府公共服務(wù)的提供，如警用、消防、氣象等，占到總需求的約 70%，而我們認(rèn)為未來無人機(jī)潛力最大的市場可能就在民用，新增市場需求可能出現(xiàn)在農(nóng)業(yè)植保、貨物速度、空中無線網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)獲取等領(lǐng)域；

3）消費(fèi)級無人機(jī)一般采用成本較低的多旋翼平臺(tái)，用于航拍、游戲等休閑用途。

（圖 ：世界民用無人機(jī)使用領(lǐng)域構(gòu)成）

二、無人機(jī)技術(shù)難點(diǎn)

1、飛控系統(tǒng)是無人機(jī)的“駕駛員” - 更精確、更清晰

飛控子系統(tǒng)是無人機(jī)完成起飛、空中飛行、執(zhí)行任務(wù)和返場回收等整個(gè)飛行過程的核心系統(tǒng)，飛控對于無人機(jī)相當(dāng)于駕駛員對于有人機(jī)的作用，我們認(rèn)為是無人機(jī)最核心的技術(shù)之一。飛控一般包括傳感器、機(jī)載計(jì)算機(jī)和伺服作動(dòng)設(shè)備三大部分，實(shí)現(xiàn)的功能主要有無人機(jī)姿態(tài)穩(wěn)定和控制、無人機(jī)任務(wù)設(shè)備管理和應(yīng)急控制三大類。

其中，機(jī)身大量裝配的各種傳感器（包括角速率、姿態(tài)、位置、加速度、高度和空速等）是飛控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是保證飛機(jī)控制精度的關(guān)鍵，在不同飛行環(huán)境下、不同用途的無人機(jī)對傳感器的配置要求也不同。未來對無人機(jī)態(tài)勢感知、戰(zhàn)場上識別敵我、防區(qū)外交戰(zhàn)能力等方面的需求，要求無人機(jī)傳感器具有更高的探測精度、更高的分辨率，因此國外無人機(jī)傳感器中大量應(yīng)用了超光譜成像、合成孔徑雷達(dá)、超高頻穿透等新技術(shù)。

2、導(dǎo)航系統(tǒng)是無人機(jī)的“眼睛”，多技術(shù)結(jié)合是未來方向

導(dǎo)航系統(tǒng)向無人機(jī)提供參考坐標(biāo)系的位置、速度、飛行姿態(tài)，引導(dǎo)無人機(jī)按照指定航線飛行，相當(dāng)于有人機(jī)系統(tǒng)中的領(lǐng)航員。無人機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)主要分非自主（GPS 等）和自主（慣性制導(dǎo)）兩種，但分別有易受干擾和誤差積累增大的缺點(diǎn)，而未來無人機(jī)的發(fā)展要求障礙回避、物資或武器投放、自動(dòng)進(jìn)場著陸等功能，需要高精度、高可靠性、高抗干擾性能，因此多種導(dǎo)航技術(shù)結(jié)合的“慣性 + 多傳感器 +GPS+ 光電導(dǎo)航系統(tǒng)”將是未來發(fā)展的方向。

3、動(dòng)力系統(tǒng) - 渦輪有望逐步取代活塞，新能源發(fā)動(dòng)機(jī)提升續(xù)航能力

不同用途的無人機(jī)對動(dòng)力裝置的要求不同，但都希望發(fā)動(dòng)機(jī)體積小、成本低、工作可靠：1）無人機(jī)目前廣泛采用的動(dòng)力裝置為活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，但活塞式只適用于低速低空小型無人機(jī)；2）對于一次性使用的靶機(jī)、自殺式無人機(jī)或?qū)?，要求推重比高但壽命可以短?-2h），一般使用渦噴式發(fā)動(dòng)機(jī)；3）低空無人直升機(jī)一般使用渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)，高空長航時(shí)的大型無人機(jī)一般使用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)（美國全球鷹重達(dá) 12t）；4）消費(fèi)級微型無人機(jī)（多旋翼）一般使用電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，起飛質(zhì)量不到 100 克、續(xù)航時(shí)間小于一小時(shí)。

往前看，我們認(rèn)為隨著渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)推重比、壽命不斷提高、油耗降低，渦輪將取代活塞成為無人機(jī)的主力動(dòng)力機(jī)型，太陽能、氫能等新能源電動(dòng)機(jī)也有望為小型無人機(jī)提供更持久的生存力。

4、數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)恰胺棚L(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)完成對無人機(jī)遙控、遙測、跟蹤定位和傳感器傳輸，上行數(shù)據(jù)鏈實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)遙控、下行數(shù)據(jù)鏈執(zhí)行遙測、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。

三、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

戰(zhàn)爭是無人機(jī)發(fā)展的頭號牽引力，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)間長的天然優(yōu)勢，各國軍隊(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)國家裝備了師級（大型）戰(zhàn)術(shù)無人機(jī)系統(tǒng)，代表機(jī)型有美國“獵人”、“先驅(qū)者”，以色列“偵察兵”、“先鋒”等；2）1993 年后，中高空長航時(shí)軍用無人機(jī)得到迅速發(fā)展，以美國“蒂爾”無人機(jī)發(fā)展計(jì)劃為代表，在波黑戰(zhàn)爭中大放異彩；3）20 世紀(jì)末，旅團(tuán)級（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。