一、动力技术
续航(háng)能力是目前(qián)制约无人机发展的重大障碍,消费级(jí)多旋翼续航时间(jiān)基本在20min左右,用户外出飞行不得不携带多块电池备用,造成使用(yòng)作业的极大不(bú)便。无人机必须在动力方面实(shí)现突破才能(néng)走上新的革命性高度。
1. 新型电(diàn)池
2015年,来自加拿大蒙特利尔的Energy Or技(jì)术有限公司报道采用燃料(liào)电池的四旋翼进行了3小(xiǎo)时(shí)43分(fèn)钟续(xù)航飞行。此外,石墨烯(xī)、铝空气电池、纳米电池这三(sān)项电(diàn)池技术有望成为未来电池世界的希望(wàng)。人们对这些新的电池技术有着(zhe)十分迫切的需求。它们(men)将首(shǒu)先会被应用(yòng)到手机(jī)和电动汽车,随后可(kě)配备于多旋翼。
2. 混(hún)合(hé)动力
2015年,美国(guó)初创公司Top Flight Technologies报道自己开(kāi)发(fā)混合动(dòng)力六旋翼无人机。该(gāi)六旋翼仅需要1加仑汽油,便可以飞行(háng)两个半小时,约160公里的(de)距离,最高(gāo)负重达(dá)约9公斤。另外,一家来(lái)自德国的公司Airstier推出了一款多旋翼(yì)。该(gāi)多旋(xuán)翼采用油电混合动(dòng)力(lì),有效载荷5公斤,可飞行(háng)1个(gè)小时。
3. 地(dì)面供电(diàn)
采用(yòng)地面(miàn)供电(diàn)的(de)系留(liú)多旋(xuán)翼,通过(guò)电缆将电(diàn)能源(yuán)源不(bú)断输(shū)送给多旋翼,可以(yǐ)极大提升多旋(xuán)翼的滞空时间。比如(rú):以色列公司Skysapience旋翼。
4. 无线充电
无线充电技(jì)术已经在(zài)手机、电(diàn)动牙刷等电子产品上实(shí)现市场(chǎng)化,并正(zhèng)在电动汽(qì)车领域开展深入应用。来自德国柏林的初创公司Sky Sense在无人机户外充电方面(miàn)提供了(le)一种解决方案:研发出一块(kuài)可以(yǐ)为无人(rén)机进行无线充电的平板。Sky Sense的最(zuì)大特(tè)点是可以进(jìn)行(háng)远(yuǎn)程控制,无人(rén)机的降落—充(chōng)电—起飞(fēi)全过程(chéng)可(kě)以独立实现,不需要有人在现场进行干预(yù)和辅助。如果充电(diàn)时间(jiān)更(gèng)快,那(nà)么无线充电(diàn)技术将会(huì)极大地帮助多旋(xuán)翼进行长途飞行。
二(èr)、导(dǎo)航技术
无人机准确(què)地知道自己“在哪(nǎ)儿”、“去哪(nǎ)儿”,几(jǐ)乎是类似于人类(lèi)“从哪里来、到哪里去”的(de)哲(zhé)学问题,在无人(rén)机的任(rèn)何发展阶段(duàn)都是绕不开的问(wèn)题。
1. 定位技术
(1)GPS载波相位定位
目(mù)前正在这方面开(kāi)展研究的项目有(yǒu):Swift Navigation公司开发的Piksi; 日本东京(jīng)海洋(yáng)大学(xué)开发的RTKLIB开源项目。
(2)多信(xìn)息(xī)源定位
英国军方BAE 最近公布了(le)他们研发的名为(wéi)NAVSOP的定(dìng)位技术。该技术将利用包括(kuò)TV、收音机、Wi-Fi 等等信(xìn)息定位,弥补GPS 的不(bú)足。
(3)UWB (Ultra Wideband,超宽带)无线定位(wèi)
相关研究可参考: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(jì)术
目(mù)前公认的比较精确的测速方案是通过“视觉(光(guāng)流)+超声波(bō)+惯导”的融合。AR.Drone是最(zuì)早采(cǎi)用该项技术的多旋翼(yì)飞行器,极大提升了(le)飞行器的可操控性(xìng),获得了(le)巨大的成功。
3. 避障(zhàng)技术
让飞(fēi)行中的无人机(jī)“长(zhǎng)眼镜”,能够识别(bié)飞(fēi)行路径(jìng)上的障碍物,并(bìng)准确(què)绕飞或悬停,是实(shí)现无(wú)人(rén)机智能化的重要一步。未来无人机避(bì)障(zhàng)技术将(jiāng)在这些方面实(shí)现突破:
(1)深度相机避障技术(shù);
(2)声呐系统避障(zhàng)技术;
(3)“视觉+忆阻器”避障技术;
(4)双目视觉(jiào)避障(zhàng)技术;
(5)小型电子扫描雷达;
(6)激(jī)光扫描测距雷达;
(7)四维雷达。
4. 跟踪技术
识别目标并进行跟踪飞行,减轻使(shǐ)用者(zhě)的操作负担,并能够利用(yòng)无人机执行特殊环(huán)境条件下(xià)的特殊任务。智能跟踪主(zhǔ)要有(yǒu):
(1)GPS跟(gēn)踪;
(2)视(shì)觉跟踪。
三、交互技术
无人(rén)机目前(qián)主要通(tōng)过(guò)遥控器进(jìn)行(háng)飞行(háng)控制,需要专(zhuān)业训练,具有一定的(de)局限性。随(suí)着新技术的发展,无人机(jī)应简化对操作人员的要求,提升用户体验。
(1)手势控制技术(shù)
手(shǒu)势交(jiāo)互是一种未来人机(jī)交互的趋势,目前在精确度上存在挑战(zhàn)。在CES2014的展场上,有利用(yòng)MYO手势(shì)控制(zhì)臂(bì)带来(lái)控制AR.Drone2.0四旋(xuán)翼的演示。
(2)脑机接口技术
近年来(lái),科研(yán)人员在多个领域都(dōu)运用到了BCI(Brain Computer Interface,脑(nǎo)机接口技术)技术,科员(yuán)人员运(yùn)用该技(jì)术制作(zuò)新型玩具、为残疾人制作义肢。作为需要安(ān)全(quán)性较(jiào)高的飞行器,这种方式目(mù)前(qián)还不成(chéng)熟。它可作为(wéi)一种验(yàn)证性质的技术展示,离实际还有不少距离。
四、通讯技术(shù)
(1)4G/5G通讯技(jì)术
2013年6月17日,北京4G联盟联(lián)合无人(rén)机联盟组(zǔ)织召开了4G联盟与无人机联盟交(jiāo)流研(yán)讨会,旨在加(jiā)强北(běi)京4G联盟和无人机联盟之间技术交流,寻找无人机机载载(zǎi)荷(hé)与4G设备仪器的聚焦,促进北(běi)京市信息产业发展。2015年,中国移动开发4G“超级空战队”设备(bèi),能支持航(háng)拍影像即拍(pāi)即(jí)传。5G的(de)速度比现在的LTE网络标准连接速(sù)度快(kuài)250倍,它标(biāo)志着无线行业的(de)一个新的里(lǐ)程碑(bēi)。无论(lùn)是智能手机,还是(shì)汽车(chē)、医疗设备、无(wú)人机和(hé)其(qí)他设备,都将(jiāng)受益于(yú)这一无线连接速度。
(2)Wifi通(tōng)讯(xùn)技术
2013年,德国(guó)的卡尔(ěr)斯鲁厄理工学院开发出了一项新的(de)无(wú)线广域(yù)网技术,打破了(le)最快的WiFi网络(luò)速度纪(jì)录,它(tā)可以让(ràng)1公里以外的用(yòng)户每秒钟下载40GB。由于这种设备的传输距离(lí)比普通WiFi路(lù)由器(qì)的覆盖范围要广得多,因(yīn)此这种设备(bèi)很适合无人机航拍图传或光纤布放不方便(biàn)的(de)农村(cūn)地区应用。
五、芯片(piàn)技术
(1)2014年(nián)CES上,高通和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无人机是基(jī)于高通Snapdragon芯(xīn)片开发(fā)出来的飞行控制器(qì),它(tā)有无线通信、传感(gǎn)器(qì)集成(chéng)和空间定位等功能。2015年9月,据美国科技(jì)新闻网站Engadget报道,高(gāo)通已经(jīng)为无人(rén)机(jī)市场推出了一个芯片解决方案,名(míng)为“骁龙飞行平台”。
英(yīng)特尔CEO Brian Krzanich也亲(qīn)自在CES上演示了他们(men)的无(wú)人机,采用了(le)四核的英(yīng)特尔凌动(Atom)处理器的(de)PCI-express定(dìng)制卡(kǎ)。此外,活跃在(zài)在机器人(rén)市(shì)场的欧洲(zhōu)处(chù)理器厂商XMOS也表示已经进(jìn)入(rù)到无人机(jī)领域。
(2)3DR发表声明(míng)与Intel英特(tè)尔共同合作开发Edison芯片,这(zhè)是一种新型微(wēi)型处理芯(xīn)片。它只有一个(gè)硬币的大(dà)小(xiǎo),却具有个人(rén)电(diàn)脑一样的处(chù)理能力。
(3)目前,包(bāo)括IBM在内的多家科技(jì)公司都(dōu)在模拟(nǐ)大(dà)脑,开发神经元芯片(piàn)。而一旦(dàn)类似芯片被应用于无人机,自主反应、自动识别(bié)有望会变(biàn)得轻而易举。
六、平台技(jì)术
(1)“Dronecode”的(de)无人机开源系(xì)统(tǒng)
2014年10月,著(zhe)名开源基金会(huì)Linux推出了(le)名(míng)为“Dronecode”的无人机(jī)开源系统合作项目,将3D Robotics、英特尔、高(gāo)通、百度等科技巨(jù)头纳入项目组,旨在为无(wú)人(rén)机(jī)开发者提(tí)供所需要的资源、工具和技术支持,加快无人机和机(jī)器人(rén)领域的发展。
(2)Ubuntu 15.04 操作系统
Ubuntu 15.04的物(wù)联(lián)网版本是Ubuntu 目前最小且最安(ān)全的(de)版(bǎn)本,非常地精简,适合发行家、科技专业人士(shì)与开发者使用,能够(gòu)在无人机等领域中(zhōng)使用。
(3)Airware发布企业级无人机系统
Airware公司旨在通过标准化的无人机软(ruǎn)件系(xì)统,帮助企业迅速、高效地完成(chéng)商用(yòng)无人(rén)飞行器的(de)部署及管理——该系统已(yǐ)于本周四正式发布(bù),通过硬(yìng)件和软件的结合(hé),Airware成功实现了在一个软件平台(tái)上统一(yī)管理多个不同型号(hào)、不同品(pǐn)牌无人机的目标。目前,Airware产品已获得两家合作伙伴的采纳,分别为通用电气(也(yě)同时(shí)是(shì)Airware的投资(zī)者(zhě))和Infinigy。Infinigy是一家通讯公司。
七、空管技术
(1)2014年,Airware计划在NASA加(jiā)州(zhōu)基(jī)地针对不(bú)同(tóng)类型的无人机(四旋翼、直升机(jī)、固(gù)定翼飞机(jī))展开一系列的(de)飞行和实验(yàn)室测试。
(2)初(chū)创公司(sī)SkyWard正在研发一(yī)个无人机交(jiāo)通控制(zhì)系统,这个系统将让数千无人机在城市上空飞行而不会互相碰撞。Skyward正在跟FAA和全球三大无人机制造商——国内的大疆、美国的3D Robotics和法国的Parrot——合作以证明大量(liàng)的无(wú)人机可以在拥挤的空域安全地共存。
(3)美(měi)国(guó)航天局(NASA)同空间技术公司(sī)Exelis已经联手组成团队开(kāi)发(fā)无人机空中(zhōng)交通管制(zhì)系统的原型产品。
(4)位于美国西雅图的Transtrex公司,发布了测试版(bǎn)本的无人机(jī)动态地(dì)理空(kōng)间(jiān)限制系(xì)统软件。该系统是(shì)为了(le)确保无人(rén)机在500英尺(chǐ)高度下,安全规范飞行(háng)而设计的(de)。
(5)在第三届AOPA(Aircraft Owners and Pilots Association,航空器拥有者及驾驶(shǐ)员协会)国(guó)际飞行训练展(zhǎn)会上(shàng),中国(guó)AOPA联合多家企业开(kāi)发的针对(duì)轻(qīng)小(xiǎo)无人机的“U Cloud”无人机监管系(xì)统(tǒng)宣布上线。(源(yuán)自:无人(rén)机系统标准化)

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