無人機知識普及：從技術(shù)到政策，想知道的都在這里

一、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(shè)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(gòu)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(lǐng)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(shù)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(lǐng)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(lǐng)域構(gòu)成）

二、無人機技術(shù)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(shù)之一。飛控一般包括傳感器、機載計算機和伺服作動設(shè)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(shè)備管理和應急控制三大類。

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(chǔ)，是保證飛機控制精度的關(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(shù)。

2、導航系統(tǒng)是無人機的“眼睛”，多技術(shù)結(jié)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(lǐng)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(shù)結(jié)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?qū)?，要求推重比高但壽命可以短?-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(qū)動的電動機，起飛質(zhì)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。

4、數(shù)據(jù)鏈是“放風箏的線” – 從獨立專用系統(tǒng)向全球信息格柵（GIG）過渡

數(shù)據(jù)鏈傳輸系統(tǒng)是無人機的重要技術(shù)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(shù)據(jù)鏈實現(xiàn)對無人機遙控、下行數(shù)據(jù)鏈執(zhí)行遙測、數(shù)據(jù)傳輸功能。普通無人機大多采用定制視距數(shù)據(jù)鏈，而中高空、長航時無人機則都會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)展推動者無人機數(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(zhí)行任務的復雜程度不斷上升，對數(shù)據(jù)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(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通信網(wǎng)絡發(fā)展戰(zhàn)略上看，數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)從最初 IP 化的傳輸、多機互連網(wǎng)絡，正在向衛(wèi)星網(wǎng)絡轉(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、又支持移動用戶。

三、無人機發(fā)展緣起

1、軍用技術(shù)溢出，成本下降引爆民用市場

戰(zhàn)爭是無人機發(fā)展的頭號牽引力，20 世紀末經(jīng)歷三大技術(shù)發(fā)展浪潮
毫無疑問，無人機發(fā)展的初期是為了純粹的軍事用途：一戰(zhàn)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(zhàn)時期德軍已經(jīng)開始大量應用無人駕駛轟炸機參戰(zhàn)；二戰(zhàn)后無人機研發(fā)的中心出現(xiàn)在美國和以色列，用途延伸至戰(zhàn)地偵察和情報搜集，無人機被派往朝鮮、越南和海灣戰(zhàn)場協(xié)助美軍和以色列軍隊作戰(zhàn)。正是由于無人機在偵查方面低成本、控制靈活、持續(xù)時間長的天然優(yōu)勢，各國軍隊相繼投入大量經(jīng)費研發(fā)無人機系統(tǒng)。

無人機技術(shù)在 20 世紀末經(jīng)歷了三次發(fā)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(zhàn)術(shù)無人機系統(tǒng)，代表機型有美國“獵人”、“先驅(qū)者”，以色列“偵察兵”、“先鋒”等；2）1993 年后，中高空長航時軍用無人機得到迅速發(fā)展，以美國“蒂爾”無人機發(fā)展計劃為代表，在波黑戰(zhàn)爭中大放異彩；3）20 世紀末，旅團級（中小型）固定翼和旋翼戰(zhàn)術(shù)無人機系統(tǒng)出現(xiàn)，其體積小、價格更低、機動性好，標志著無人機進入大規(guī)模應用時代。