【掃盲】史上最全最專業(yè)無人機知識盤點（上）

　　無人機的誕生可以追溯到1914年。當時第一次世界大戰(zhàn)正進行得如火如荼，英國的卡德爾和皮切爾兩位將軍，向英無人駕駛飛機國軍事航空學會提出了一項建議：研制一種不用人駕駛，而用無線電操縱的小型飛機，使它能夠飛到敵方某一目標區(qū)上空，將事先裝在小飛機上的炸彈投下去。那之后軍用無人機便誕生了。

　　而消費無人機自2014年進入公眾視野以來，一直保持著超高的關注度。隨著無人機行業(yè)持續(xù)升溫，整個消費級無人機市場也正在迅速膨脹，并呈現(xiàn)爆發(fā)增長的態(tài)勢。從研究機構EVTank的數(shù)據(jù)來看，2013—2015年3年內，全球民用無人機的市場銷量分別為15萬架、37.8萬架和57萬架，其中消費級市場需求是專業(yè)級無人機的兩倍左右，并且以每年50%的速度快速增長。

　　本文搜集了世上最全的無人機知識，包括分類、技術難點、發(fā)展歷史、產(chǎn)業(yè)鏈、相關政策、市場分析…希望此文能夠帶您走進無人機的世界。

　　上篇：

　　1.無人機是什么

　　無人機是無人駕駛飛機的簡稱(Unmanned Aerial Vehicle)，是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置的不載人飛機，包括無人直升機、固定翼機、多旋翼飛行器、無人飛艇、無人傘翼機。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、太陽能無人機等。從某種角度來看，無人機可以在無人駕駛的條件下完成復雜空中飛行任務和各種負載任務，可以被看做是“空中機器人”。

　　按照不同平臺構型來分類，無人機可主要有固定翼無人機、無人直升機和多旋翼無人機三大平臺，其它小種類無人機平臺還包括傘翼無人機、撲翼無人機和無人飛船等。固定翼無人機是軍用和多數(shù)民用無人機的主流平臺，最大特點是飛行速度較快;無人直升機是靈活性最強的無人機平臺，可以原地垂直起飛和懸停;多旋翼(多軸)無人機是消費級和部分民用用途的首選平臺，靈活性介于固定翼和直升機中間(起降需要推力)，但操縱簡單、成本較低。

　　按不同使用領域來劃分，無人機可分為軍用、民用和消費級三大類，對于無人機的性能要求各有偏重：

　　1)軍用無人機對于靈敏度、飛行高度速度、智能化等有著更高的要求，是技術水平最高的無人機，包括偵察、誘餌、電子對抗、通信中繼、靶機和無人戰(zhàn)斗機等機型;

　　2)民用無人機一般對于速度、升限和航程等要求都較低，但對于人員操作培訓、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，目前來看民用無人機最大的市場在于政府公共服務的提供，如警用、消防、氣象等，占到總需求的約70%，而我們認為未來無人機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、數(shù)據(jù)獲取等領域;

　　3)消費級無人機一般采用成本較低的多旋翼平臺，用于航拍、游戲等休閑用途。

　　圖：世界民用無人機使用領域構成。

　　2.無人機技術難點

　　1、飛控系統(tǒng)是無人機的“駕駛員”-更精確、更清晰

　　飛控子系統(tǒng)是無人機完成起飛、空中飛行、執(zhí)行任務和返場回收等整個飛行過程的核心系統(tǒng)，飛控對于無人機相當于駕駛員對于有人機的作用，我們認為是無人機最核心的技術之一。飛控一般包括傳感器、機載計算機和伺服作動設備三大部分，實現(xiàn)的功能主要有無人機姿態(tài)穩(wěn)定和控制、無人機任務設備管理和應急控制三大類。

　　圖：飛機架構

　　其中，機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，是保證飛機控制精度的關鍵，在不同飛行環(huán)境下、不同用途的無人機對傳感器的配置要求也不同。未來對無人機態(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，因此國外無人機傳感器中大量應用了超光譜成像、合成孔徑雷達、超高頻穿透等新技術。

　　2、導航系統(tǒng)是無人機的“眼睛”，多技術結合是未來方向

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

　　3、動力系統(tǒng)-渦輪有望逐步取代活塞，新能源發(fā)動機提升續(xù)航能力

　　不同用途的無人機對動力裝置的要求不同，但都希望發(fā)動機體積小、成本低、工作可靠：1)無人機目前廣泛采用的動力裝置為活塞式發(fā)動機，但活塞式只適用于低速低空小型無人機;2)對于一次性使用的靶機、自殺式無人機或導彈，要求推重比高但壽命可以短(1-2h)，一般使用渦噴式發(fā)動機;3)低空無人直升機一般使用渦軸發(fā)動機，高空長航時的大型無人機一般使用渦扇發(fā)動機(美國全球鷹重達12t);4)消費級微型無人機(多旋翼)一般使用電池驅動的電動機，起飛質量不到100克、續(xù)航時間小于一小時。

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