支持無人機快速發(fā)展的7大核心技術

　　無人駕駛飛機簡稱“無人機”，英文縮寫為“UAV”，是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛行器。

　　當前，無人機的市場規(guī)模正在以一種不可思議的速度擴增，創(chuàng)業(yè)者們如同鳥群一樣紛紛進場，行業(yè)競爭日趨白熱化。然而，無人機現(xiàn)在可能并不是一門好做的生意，短期內，無人機企業(yè)大多數(shù)看重的是供應鏈整合、營銷。但長遠來看，還是技術為王。

　　無人機市場藍海雖大，分一杯羹卻并不容易。下面，就為大家介紹幾款無人機及未來無人機技術突破點，還有一些無人機SOC系統(tǒng)。

　　零度智控：口袋無人機DOBBY

　　DOBBY口袋無人機是零度智控的首款消費級產(chǎn)品，這款小型智能無人機的問世意味著今后用戶可以實現(xiàn)將無人機隨身裝在口袋里，想拍攝的時候拿出來隨時可以放飛。

　　有關評論指出，DOBBY實際上做了兩件重要的事，其一是變小，讓無人機隨身攜帶成為可能；其二是智能化，它帶來的結果是通過簡單的操作就能完成高難度的拍攝。除了這一基本用途外，它還能實現(xiàn)對人或物體的一鍵智能追蹤拍攝，以及專業(yè)攝影師借助云梯才能實現(xiàn)的一鍵拉高拉遠視頻錄制，堪稱小型隨身攝影師。

　　Aerix：號稱世上最小的VR無人機

　　目前市面上已有不少廠家將無人機與VR結合在一起，但比巴掌還小，能在室內竄的微型版VR無人機你見過嗎？Aerix就是一家專注微型無人機市場的公司，該公司曾發(fā)布微型競速無人機BlackTalon獲得不少好評，但BlackTalon當時采用的是LCD顯示器。如今Aerix靈機一動，將VR設備加入微型無人機顯然帶來了新的思路。

　　這款號稱世上最小的高清VR無人機機身規(guī)格僅為4.3x4.3x2.5厘米，最遠飛行距離可以達到30米，還能進行360度旋轉，還可以將錄制的視頻傳輸?shù)脚涮椎腁erix虛擬現(xiàn)實頭戴設備上。并且用戶完全不必擔心無人機墜毀或者打破室內的東西，它們非常小，不會造成任何傷害。

　　Parrot：可射擊迷你家庭無人機

　　法國無人機廠牌Parrot近日發(fā)布了新型玩具無人機Mambo。據(jù)悉，該無人機不但可裝上機械爪鉗來夾取物件，還可加裝炮塔發(fā)射彈珠，為無人機衍生出更有趣的玩法。兩款組件任意搭配

　　ParrotMambo的機身凈重為63克，550毫安電池續(xù)航時間7-9分鐘，另外搭配加速度計、陀螺儀、壓力傳感器（海拔無人機控制）或超聲（飛行高度分析）和一個VGA攝像頭?？蓤?zhí)行多方位翻轉打圈的特技飛行動作，易于操縱，小巧的機身適合兒童進行對抗游戲。

　　那無人機要想實現(xiàn)突破，關鍵技術點在哪？

　　一、動力技術

　　續(xù)航能力是目前制約無人機發(fā)展的重大障礙，消費級多旋翼續(xù)航時間基本在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。無人機必須在動力方面實現(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EnergyOr技術有限公司報道采用燃料電池的四旋翼進行了3小時43分鐘續(xù)航飛行。此外，石墨烯、鋁空氣電池、納米電池這三項電池技術有望成為未來電池世界的希望。人們對這些新的電池技術有著十分迫切的需求。它們將首先會被應用到手機和電動汽車，隨后可配備于多旋翼。

　　2.混合動力

　　2015年，美國初創(chuàng)公司TopFlightTechnologies報道自己開發(fā)混合動力六旋翼無人機。該六旋翼僅需要1加侖汽油，便可以飛行兩個半小時，約160公里的距離，最高負重達約9公斤。另外，一家來自德國的公司AirsTIer推出了一款多旋翼。該多旋翼采用油電混合動力，有效載荷5公斤，可飛行1個小時。

　　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間。比如：以色列公司Skysapience旋翼。

　　4.無線充電

　　無線充電技術已經(jīng)在手機、電動牙刷等電子產(chǎn)品上實現(xiàn)市場化，并正在電動汽車領域開展深入應用。來自德國柏林的初創(chuàng)公司SkySense在無人機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進行無線充電的平板。SkySense的最大特點是可以進行遠程控制，無人機的降落—充電— 起飛全過程可以獨立實現(xiàn)，不需要有人在現(xiàn)場進行干預和輔助。如果充電時間更快，那么無線充電技術將會極大地幫助多旋翼進行長途飛行。

　　二、導航技術

　　無人機準確地知道自己“在哪兒”、“去哪兒”，幾乎是類似于人類“從哪里來、到哪里去”的哲學問題，在無人機的任何發(fā)展階段都是繞不開的問題。

　　1.定位技術

　?。?）GPS載波相位定位

　　目前正在這方面開展研究的項目有：SwiftNavigaTIon公司開發(fā)的Piksi;日本東京海洋大學開發(fā)的RTKLIB開源項目。

　　（2）多信息源定位

　　英國軍方BAE最近公布了他們研發(fā)的名為NAVSOP的定位技術。該技術將利用包括TV、收音機、Wi-Fi等等信息定位，彌補GPS的不足。

　　（3）UWB（UltraWideband，超寬帶）無線定位

　　2.測速技術

　　目前公認的比較精確的測速方案是通過“視覺（光流）+超聲波+慣導”的融合。AR.Drone是最早采用該項技術的多旋翼飛行器，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”同樣采用了該項技術。

　　3.避障技術

　　讓飛行中的無人機“長眼鏡”，能夠識別飛行路徑上的障礙物，并準確繞飛或懸停，是實現(xiàn)無人機智能化的重要一步。未來無人機避障技術將在這些方面實現(xiàn)突破：

　?。?）深度相機避障技術；

　　（2）聲吶系統(tǒng)避障技術；

　?。?）“視覺+憶阻器”避障技術；

　?。?）雙目視覺避障技術；

　?。?）小型電子掃描雷達；

　?。?）激光掃描測距雷達；

　?。?）四維雷達。

　　4.跟蹤技術

　　識別目標并進行跟蹤飛行，減輕使用者的操作負擔，并能夠利用無人機執(zhí)行特殊環(huán)境條件下的特殊任務。智能跟蹤主要有：

　?。?）GPS跟蹤；

　?。?）視覺跟蹤。

　　目前在大疆Phantom4等先進機型上這些技術都已經(jīng)有所體現(xiàn)。

　　三、交互技術

　　無人機目前主要通過遙控器進行飛行控制，需要專業(yè)訓練，具有一定的局限性。隨著新技術的發(fā)展，無人機應簡化對操作人員的要求，提升用戶體驗。

　　（1）手勢控制技術

　　手勢交互是一種未來人機交互的趨勢，目前在精確度上存在挑戰(zhàn)。在CES2014的展場上，有利用MYO手勢控制臂帶來控制AR.Drone2.0四旋翼的演示。

　　（2）腦機接口技術

　　近年來，科研人員在多個領域都運用到了BCI（BrainComputerInterface，腦機接口技術）技術，科員人員運用該技術制作新型玩具、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。它可作為一種驗證性質的技術展示，離實際還有不少距離。

　　四、通訊技術

　　（1）4G/5G通訊技術

　　2013年6月17日，北京4G聯(lián)盟聯(lián)合無人機聯(lián)盟組織召開了4G聯(lián)盟與無人機聯(lián)盟交流研討會，旨在加強北京4G聯(lián)盟和無人機聯(lián)盟之間技術交流，尋找無人機機載載荷與4G設備儀器的聚焦，促進北京市信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2015年，中國移動開發(fā)4G“超級空戰(zhàn)隊”設備，能支持航拍影像即拍即傳。 5G的速度比現(xiàn)在的LTE網(wǎng)絡標準連接速度快250倍，它標志著無線行業(yè)的一個新的里程碑。無論是智能手機，還是汽車、醫(yī)療設備、無人機和其他設備，都將受益于這一無線連接速度。

　　（2）Wifi通訊技術

　　2013年，德國的卡爾斯魯厄理工學院開發(fā)出了一項新的無線廣域網(wǎng)技術，打破了最快的WiFi網(wǎng)絡速度紀錄，它可以讓1公里以外的用戶每秒鐘下載40GB。由于這種設備的傳輸距離比普通WiFi路由器的覆蓋范圍要廣得多，因此這種設備很適合無人機航拍圖傳或光纖布放不方便的農村地區(qū)應用。

　　五、芯片技術

　?。?）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)美國科技新聞網(wǎng)站Engadget報道，高通已經(jīng)為無人機市場推出了一個芯片解決方案，名為“驍龍飛行平臺”。

　　英特爾CEOBrianKrzanich也親自在CES上演示了他們的無人機，采用了四核的英特爾凌動（Atom）處理器的PCI-express定制卡。此外，活躍在在機器人市場的歐洲處理器廠商XMOS也表示已經(jīng)進入到無人機領域。

　?。?）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。它只有一個硬幣的大小，卻具有個人電腦一樣的處理能力。

　　（3）目前，包括IBM在內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用于無人機，自主反應、自動識別有望會變得輕而易舉。

　　六、平臺技術

　?。?）“Dronecode”的無人機開源系統(tǒng)

　　2014年10月，著名開源基金會Linux推出了名為“Dronecode”的無人機開源系統(tǒng)合作項目，將3DRoboTIcs、英特爾、高通、百度等科技巨頭納入項目組，旨在為無人機開發(fā)者提供所需要的資源、工具和技術支持，加快無人機和機器人領域的發(fā)展。

　?。?）Ubuntu15.04操作系統(tǒng)

　　Ubuntu15.04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，適合發(fā)行家、科技專業(yè)人士與開發(fā)者使用，能夠在無人機等領域中使用。

　?。?）Airware發(fā)布企業(yè)級無人機系統(tǒng)

　　Airware公司旨在通過標準化的無人機軟件系統(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合，Airware成功實現(xiàn)了在一個軟件平臺上統(tǒng)一管理多個不同型號、不同品牌無人機的目標。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（也同時是Airware的投資者）和Infinigy。Infinigy是一家通訊公司。

　　七、空管技術

　?。?）2014年，Airware計劃在NASA加州基地針對不同類型的無人機（四旋翼、直升機、固定翼飛機）展開一系列的飛行和實驗室測試。

　　（2）初創(chuàng)公司SkyWard正在研發(fā)一個無人機交通控制系統(tǒng)，這個系統(tǒng)將讓數(shù)千無人機在城市上空飛行而不會互相碰撞。Skyward正在跟FAA和全球三大無人機制造商——國內的大疆、美國的3DRoboTIcs和法國的Parrot——合作以證明大量的無人機可以在擁擠的空域安全地共存。

　?。?）美國航天局（NASA）同空間技術公司Exelis已經(jīng)聯(lián)手組成團隊開發(fā)無人機空中交通管制系統(tǒng)的原型產(chǎn)品。

　　（4）位于美國西雅圖的Transtrex公司，發(fā)布了測試版本的無人機動態(tài)地理空間限制系統(tǒng)軟件。該系統(tǒng)是為了確保無人機在500英尺高度下，安全規(guī)范飛行而設計的。

　?。?）在第三屆AOPA（AircraftOwnersandPilotsAssociation，航空器擁有者及駕駛員協(xié)會）國際飛行訓練展會上，中國AOPA聯(lián)合多家企業(yè)開發(fā)的針對輕小無人機的“UCloud”無人機監(jiān)管系統(tǒng)宣布上線。

　　最后介紹幾種無人機SOC系統(tǒng)

　　高通驍龍Flight

　　驍龍Flight是一塊高度優(yōu)化的58x40mm開發(fā)板，專門針對消費級無人機和機器人應用而設計。驍龍Flight包含一顆驍龍 801SoC（由四顆主頻為2.26GHz的核心組成），支持GPS、4K視頻拍攝、強勁的連接性以及先進的無人機軟件和開發(fā)工具，雙通道Wi-Fi和藍牙模塊，支持實時飛行控制系統(tǒng)，擁有全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）接收器，支持4K視頻處理，支持快速充電技術，而這一切全被整合在一張名片大小的主板上。帶來了最前沿的移動技術以打造全新級別的消費級無人機。

　　2016年采用高通芯片平臺的無人機可能會越來越多，這種一體化的芯片平臺，也會大大加快無人機的研發(fā)和制造。據(jù)報道，高通已經(jīng)推出了這樣的芯片配套方案，名為“驍龍飛行平臺”，整合了無人機飛行和工作需要用到的處理器、通信芯片、飛行控制芯片以及高空攝像芯片。這一平臺甚至可以支持超高清視頻的拍攝。

　　英特爾凌動（Atom）

　　英特爾展示了采用英特爾實感技術的YuneecTyphoonH，內置了高達6個英特爾的“RealSense”3D攝像頭，采用了四核的英特爾凌動（Atom）處理器的PCI-express定制卡，來處理距離遠近與傳感器的實時信息，以及如何避免近距離的障礙物。至于遠距離的3D攝像頭，Intel使用“主動立體成像原理”，它模仿了人眼的“視差”原理，通過打出一束紅外光，以左紅外傳感器和右紅外傳感器追蹤這束光的位置，然后用三角定位原理來計算出3D圖像中的“深度”信息。

　　三星Artik5

　　三星在無人機產(chǎn)品線上推出了Artik5芯片，搭載1GHzARM雙核ARMCortex-A7處理器（Mali400MP2GPU），搭配的是512MBLPDDR3內存以及4GeMMc閃存。支持Wi-Fi、低功耗藍牙，支持802.11b/g/n。此外，該芯片還能對解碼H.264等格式720p30fps的視頻進行解碼，并提供了TrustZone。

　　國產(chǎn)聯(lián)芯LC1860

　　值得一提的是國產(chǎn)芯片聯(lián)芯LC1860，目前已經(jīng)被包括大疆精靈4、零度智控1代采用。LC1860支持LTE-TDD/LTE-FDD /TD-SCDMA/WCDMA/GGE五模，集成4+1個CortexA71.5GHzCPU、雙核GPUMaliT628、Trustzone安全架構等特寫。LC1860于2014年第三季度正式上市，是國內首顆面向公開市場商用的28nm4GSoC芯片。發(fā)布短短一年時間，出貨量就已經(jīng)超過千萬，產(chǎn)品穩(wěn)定性經(jīng)過了市場檢驗。這個平臺最大的優(yōu)勢是SDR軟件無線電，可以自定義和修改無線電頻段。采用SDR自定義無線電頻段，可以獲得比主流的 2.4GWIFI更遠的傳輸距離。

　　RK3288

　　rockchip高清無人航拍一體機解決方案。這個方案采用RK3288芯片，其特點是沒有搭載云臺，而通過超強防抖高清航拍穩(wěn)像技術實現(xiàn)圖像穩(wěn)定?；谕勇輧x角度及位移校正并采用優(yōu)化的運動矢量估計與提取算法，提升相機影像清晰度，可一定程度取代傳統(tǒng)機械云臺?？蓪崿F(xiàn)13M的Camera 數(shù)據(jù)采集，輸出1080P30fps本地高清以及480P30fps的遠程傳輸雙通道穩(wěn)像碼流。