【掃盲】史上最全最專業無人機知識盤點（上）

　　4、數據鏈是“放風箏的線”–從獨立專用系統向全球信息格柵(GIG)過渡

　　數據鏈傳輸系統是無人機的重要技術組成，負責完成對無人機遙控、遙測、跟蹤定位和傳感器傳輸，上行數據鏈實現對無人機遙控、下行數據鏈執行遙測、數據傳輸功能。普通無人機大多采用定制視距數據鏈，而中高空、長航時無人機則都會采用視距和超視距衛通數據鏈。

　　現代數據鏈技術的發展推動者無人機數據鏈向著高速、寬帶、保密、抗干擾的方向發展，無人機實用化能力將越來越強。往前看，隨著機載傳感器、定位的精細程度和執行任務的復雜程度不斷上升，對數據鏈的貸款提出了很強的要求，未來隨著機載高速處理器的突飛猛進，預計幾年后現有射頻數據鏈的傳輸速率將翻倍，未來在全天候要求低的領域可能還將出現激光通訊方式。

　　從美國制定的無人機通信網絡發展戰略上看，數據鏈系統從最初IP化的傳輸、多機互連網絡，正在向衛星網絡轉換傳輸，以及最終的完全全球信息格柵(GIG)配置過渡，為授權用戶提供無縫全球信息資源交互能力，既支持固定用戶、又支持移動用戶。

　　3.無人機發展緣起

　　1、軍用技術溢出，成本下降引爆民用市場

　　戰爭是無人機發展的頭號牽引力，20世紀末經歷三大技術發展浪潮

　　毫無疑問，無人機發展的初期是為了純粹的軍事用途：一戰時期英國研制的世界第一款無人機被定義為“會飛的炸彈”，二戰時期德軍已經開始大量應用無人駕駛轟炸機參戰;二戰后無人機研發的中心出現在美國和以色列，用途延伸至戰地偵察和情報搜集，無人機被派往朝鮮、越南和海灣戰場協助美軍和以色列軍隊作戰。正是由于無人機在偵查方面低成本、控制靈活、持續時間長的天然優勢，各國軍隊相繼投入大量經費研發無人機系統。

　　無人機技術在20世紀末經歷了三次發展浪潮、真正進入了第一個“黃金時代”：1)1990年后，全球共有30多個國家裝備了師級(大型)戰術無人機系統，代表機型有美國“獵人”、“先驅者”，以色列“偵察兵”、“先鋒”等;2)1993年后，中高空長航時軍用無人機得到迅速發展，以美國“蒂爾”無人機發展計劃為代表，在波黑戰爭中大放異彩;3)20世紀末，旅團級(中小型)固定翼和旋翼戰術無人機系統出現，其體積小、價格更低、機動性好，標志著無人機進入大規模應用時代。

　　早期的航空技術解決的是無人機能夠飛行的問題，而20世紀80年代以來現代技術的發展為無人機更高的飛行性能、更好的可靠性提供了條件，其中：1)智能化：自主飛控技術、急劇攀升的計算機處理能力推動無人機向智能化發展，真正成為“會思考”的空中機器人;2)高速帶寬：高速寬帶網數據鏈實現無人機組網和互相連通，無人機編組、空地裝備聯合成為可能;3)更輕的材料和傳感器：材料科學和微機電技術進一步減輕無人機平臺重量、提高精確度;4)更強的續航能力：電池續航能力的大幅上升，以及新能源技術賦予無人機更長的飛行時間。

　　2、技術向民用外溢，無人機產業化進入普及時代

　　由于軍用無人機在”3D”(DULL，DIRTY，DANGEROUS)環境下執行任務的顯著優勢以及靈活機動的特性，民用各行各業對無人機的應用也翹首以盼。但相比軍用無人機近百年的發展歷史，民用無人機在上世紀80年代軍用無人機的現代系統得到大發展的基礎上才開始嘗試應用，各領域全面開花應用只有10余年時間。

　　日本的民用無人機開發較早：早在1983年雅馬哈公司采用摩托車發動機，開發了一種用于噴灑農藥的無人直升機，1989年其成為實際首架成功用于試飛的無人直升機，2002年CERP公司及發明一款JAXA多用途民用無人機;2003年開始，耗時3年，岐阜工業協會先后開發了4代無人機產品，主要應用于森林防火、地震災害評估等領域;

　　美國NASA牽頭成立世界級無人機應用中心：2003年美國NASA成立世界級的無人機應用中心，專門研究裝有高分辨率相機傳感器無人機的商業應用。

　　近年美國國家海洋和大氣管理局用無人機追蹤熱帶風暴有關數據，借此完善颶風預警模型。2007年森林大火肆虐時，美國宇航局使用“伊哈納”(Ikhana)的無人機來評估大火的嚴重程度，以及災害的損失估算工作。2011年墨西哥灣鉆井平臺爆炸后艾倫實驗室公司的無人機協助溢油監測和溢油處理等。

　　以色列也專門組建了一個民用無人機及其工作模式的試驗委員會，2008年給予“蒼鷺“無人機非軍事任務執行證書，并與有關部門合作展開多種民用任務的試驗飛行。。

　　歐洲在2006年制定并即刻實施的“民用無人機發展路線圖”，之后歐盟擬籌夠一個泛歐民用無人機協調組織，為解決最關鍵的空中安全和適航問題提供幫助。

　　中國起步早，近年發展較快：中國上世紀80年代，就將自行開發的無人機(脫胎于軍用機型)在地圖測繪和地質勘探中做了嘗試。近些年，專為民用研制額”黔中“1號無人機與2010年順利首飛，2011你那國產”蜜蜂“28無人機，可全自主起飛、著陸、懸停和航路規劃，能應用農業噴灑、電力巡檢、防災應急、航拍測繪、中繼通信等。

　　對于民用領域，無人機僅僅是一個飛行平臺，其功能歸根到底要通過機載系統中的任務載荷設備來完成。

　　和ToB端各行各業無人機領域快速發展相比，近兩年ToC消費端航拍、娛樂等市場，受益于無人機各方面技術的成熟和成本的大幅下降，可謂是爆發式發展。深圳大疆成立于06年，10年僅幾百萬收入，13年高達8億元，14年近30億元，15年估值100億。

　　3、硬件產業鏈成熟、成本下降為民用&消費無人機爆發創造條件

　　近十年民用和消費級無人機市場的興起，和硬件產業鏈的成熟、成本曲線不斷下降密不可分：隨著移動終端的興起，芯片、電池、慣性傳感器、通訊芯片等產業鏈迅速成熟，成本下降，使智能化進程得以迅速向更加小型化、低功耗的設備邁進。這也給無人機整體硬件的迅速創新和成本下降創造了良好條件：

　　芯片——目前一個高性能FPGA芯片就可以在無人機上實現雙CPU的功能，以滿足導航傳感器的信息融合，實現無人飛行器的最優控制。

　　慣性傳感器——伴隨著蘋果在iPhone上大量應用加速計、陀螺儀、地磁傳感器等，MEMS慣性傳感器從2011年開始大規模興起，6軸、9軸的慣性傳感器也逐漸取代了單個傳感器，成本和功耗進一步降低，成本僅在幾美元。另外GPS芯片僅重0.3克，價格不到5美元。

　　Wifi等無線通信——Wifi等通信芯片用于控制和傳輸圖像信息，通信傳輸速度和質量已經可以充分滿足幾百米的傳輸需求。

　　電池——電池能量密度不斷增加，使得無人機在保持較輕的重量下，續航時間能有25-30分鐘，達到可以滿足一些基本應用的程度，此外，太陽能電池技術使得高海拔無人機可持續飛行一周甚至更長時間。

　　相機等——近年來移動終端同樣促進了鋰電池、高像素攝像頭性能的急劇提升和成本下降。

　　4、飛控系統開源，無人機飛入尋常百姓家

　　如果說硬件成本下降解決了無人機“身體”的問題，近年來飛控系統開源化的趨勢解決了無人機“大腦”的問題，從此無人機不再是軍用和科研機構的專利，全世界的商業企業和發燒友都加入了無人機系統設計的大潮中，是引爆民用和消費無人機市場的“爆點”。

　　德國MK公司是多旋翼無人機系統開源的鼻祖，其后2011年美國APM公司開放無人機設計平臺徹底點燃了市場對無人機系統開發的熱情，2012年以后民用和消費無人機進入了加速上行的通道。

　　至今，國際無人機行業已經形成了APM(用戶最多)、德國MK(最早的開源系統)、Paparazzi(穩定性高、擴展性強)、PX4和MWC(兼容性強)等五大無人機開源平臺。

　　以PPZ(Paparazzi)為例，始于2003年的PPZ是一個軟硬件全開源的系統，至今已經形成了不僅覆蓋傳感器、GPS、自動駕駛軟件，同時覆蓋地面設備的全套成熟解決方案，既可以驅動固定翼飛機、也可以驅動旋翼機，并且可以通過地面控制軟件實時監控飛機飛行的衛星地圖。可以說，強大的開源飛控系統已經使得無人機全面進入“用戶友好”時代。

　　2014年10月，著名計算機開源系統公司Linux推出了名為“Dronecode”的無人機開源系統合作項目，將3DRobotics、英特爾、高通、百度等科技巨頭納入項目組，旨在為為無人機開發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展。根據Teal航空市場調研公司的報告，Dronecode項目使未來十年世界無人機研發、測試和評估等活動的總值達到910億美元。Dronecode開發界面囊括了無人越野車、無人固定翼飛機、無人直升機和各種多軸旋翼無人機等，吸收了APM、PX4等多個平臺，進一步推動了系統開發的可視化和友好化。