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无人机全称“无人驾驶飞行器”,(Unmanned Aerial Vehicle)英文缩写为“UAV”,是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。它涉及传感器技术、通信技术、信息处理技术、智能控制技术以及航空动力推进技术等,是信息时代高技术含量的产物。

无人机价值在于形成空中平台,结合其他部件扩展应用,替代人类完成空中作业。随着无人机研发技术逐渐成熟,制造成本大幅降低,无人机在各个领域得到了广泛应用,除军事用途外,还包括农业植保、电力巡检、警用执法、地质勘探、环境监测、森林防火以及影视航拍等民用领域,且其适用领域还在迅速拓展。

无人机根据不同场景、平台、应用方式,可以进行不同分类,例如:应用场景、飞行平台、控制方式、视距、重量尺度、任务高度、活动半径等。详见下图:

无人机技术现状及无人机行业未来发展趋势

中国民航总局对无人机按重量1.5KG、7KG、25KG、150KG、5700KG,划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅺ、Ⅻ六类。植保类无人机归属Ⅴ类,无人飞艇归属Ⅵ类,超视距无人机归属Ⅶ类。实际运行中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅺ、Ⅻ类无人机有交叉时,分属较高要求一类。串并行无人机编队,按机队总重量分类。

无人机技术现状及无人机行业未来发展趋势

进入21世纪,随着轻型复合材料的广泛应用,卫星定位系统的成熟,电子与无线电控制技术的改进,尤其是多旋翼无人机结构的出现,整个无人机行业进入快速发展阶段。

无人机的飞行平台主要分为固定翼无人机、多旋翼无人机、直升无人机、其它无人机等,各飞行平台的优势、劣势、特点如下:

无人机技术现状及无人机行业未来发展趋势

多旋翼无人机系统

多旋翼无人机系统主要由机架机身、动力系统、飞行控制系统、遥控系统、辅助设备系统五部分组成。

无人机技术现状及无人机行业未来发展趋势

无人机技术现状及无人机行业未来发展趋势

多旋翼无人机

A. 机架机身

无人机的机架机身指无人机的承载平台,一般选择高强度轻质材料制造,例如:玻纤、玻纤维、ABS、PP、尼龙、改性塑料、改性PC、树脂、铝合金等。无人机所有的设备都是安装在机架机身上面,支架数量也决定了该无人机为几旋翼无人机。优秀的无人机机架设计可以让其他各个元器件安装合理,坚固稳定,拆装方便。

B. 动力系统

无人机动力系统,就是为无人机提供飞行动力的部件,一般分为油动和电动两种。电动多旋翼无人机是最主流的机型,动力系统由电机、电调、电池三部分组成。无人机使用的电池一般都是高能量密度的锂聚合电池,由于一些客观原因,传统每300g锂电池,可以为无人机500g(含电池)自重,提供17分钟飞行时间。氢燃料电池、太阳能电池等受制于现有的技术水平和成本,暂时还无法普及。无人机主要在露天作业,对电机、电调系统的稳定性要求较高,需要定期进行检查、保养、防水、防潮。

C. 飞控系统

飞控系统就是无人机的飞行控制系统,不管是无人机自动保持飞行状态(如悬停)还是对无人机的人为操作,都需要通过飞控系统对无人机动力系统进行实时调节。一些高阶的飞控系统除了保证飞机正常飞行导航功能以外,还有安全冗余、飞行数据记录、飞行参数调整和自动飞行优化等功能。飞控系统是整个无人机的控制核心,主要包括飞行控制、加速计、气压计、传感器、陀螺仪、地磁仪、定位芯片、主控芯片等多部件组成。

D. 遥控系统

无人机遥控系统,主要由遥控器、接收器、解码器、伺服系统组成。遥控器是操作平台,接收器接到遥控器信号进行解码,分离出动作信号传输给伺服系统,伺服系统则根据信号做出相应的动作。

E. 辅助设备系统

辅助设备系统,主要包括无人机外挂平台简称云台,外挂轻型相机,无线图像传输系统。云台是安装在无人机上用来挂载相机的机械构件,能满足三个活动自由度:绕X、Y、Z轴旋转,每个轴心内都安装有电机,当无人机倾斜时,会配合陀螺仪给相应的云台电机加强反方向的动力,防止相机跟着无人机“倾斜”,从而避免相机抖动,云台对于稳定航拍来说却起着非常大的作用。外挂轻型相机,主要为体积重量小巧,高清晰度相机。无线图像传输系统,在无人机航拍时候,将天空中处于飞行状态下无人机拍摄的画面,实时稳定的发射给地面无线图传遥控接收设备,优秀的无线图像传输系统具备传输距离远、传输稳定、图像清晰流畅、抗干扰、抗遮挡、低延时等特性。

固定翼无人机系统

固定翼无人机系统由五部分组成:机体结构、航电系统、动力系统、起降系统和地面控制站系统。

机体结构由可拆卸的模块化机体组成,既方便携带,又可以在短时间内完成组装、起飞。

航电系统由飞控电脑、感应器、酬载、无线通讯等组成,完成飞机控制系统的需要。

动力系统由动力电池、螺旋桨、无刷马达组成,为无人机提供飞行所需的动力。

起降系统由弹射绳、弹射架、降落伞组成,帮助无人机完成弹射起飞和伞降着陆。部分高级固定翼无人机采用滑行起降,需要额外设计起落架收放、减震、精准定位、加速和刹车等系统。

地面控制站包括地面站电脑、手柄、电台等通讯设备,用以辅助完成路线规划任务和飞行过程的监控。

无人机技术现状及无人机行业未来发展趋势

固定翼无人机

无人机应用领域

无人机应用领域主要分为三类,消费级应用、工业级应用、军事级应用。

无人机应用领域汇总如下:

无人机技术现状及无人机行业未来发展趋势

消费级无人机应用

以多旋翼无人机为代表的消费级无人机应用市场,已经进入快速成长期,根据公开数据显示,消费级无人机应用市场每年有超过50%以上增速,消费级无人机产品种类与服务日益丰富,行业出现领军企业大疆,占据70%以上的消费级无人机市场份额。

无人机全称“无人驾驶飞行器”,(Unmanned Aerial Vehicle)英文缩写为“UAV”,是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。它涉及传感器技术、通信技术、信息处理技术、智能控制技术以及航空动力推进技术等,是信息时代高技术含量的产物。

无人机价值在于形成空中平台,结合其他部件扩展应用,替代人类完成空中作业。随着无人机研发技术逐渐成熟,制造成本大幅降低,无人机在各个领域得到了广泛应用,除军事用途外,还包括农业植保、电力巡检、警用执法、地质勘探、环境监测、森林防火以及影视航拍等民用领域,且其适用领域还在迅速拓展。

无人机根据不同场景、平台、应用方式,可以进行不同分类,例如:应用场景、飞行平台、控制方式、视距、重量尺度、任务高度、活动半径等。详见下图:

无人机技术现状及无人机行业未来发展趋势

中国民航总局对无人机按重量1.5KG、7KG、25KG、150KG、5700KG,划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅺ、Ⅻ六类。植保类无人机归属Ⅴ类,无人飞艇归属Ⅵ类,超视距无人机归属Ⅶ类。实际运行中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅺ、Ⅻ类无人机有交叉时,分属较高要求一类。串并行无人机编队,按机队总重量分类。

无人机技术现状及无人机行业未来发展趋势

进入21世纪,随着轻型复合材料的广泛应用,卫星定位系统的成熟,电子与无线电控制技术的改进,尤其是多旋翼无人机结构的出现,整个无人机行业进入快速发展阶段。

无人机的飞行平台主要分为固定翼无人机、多旋翼无人机、直升无人机、其它无人机等,各飞行平台的优势、劣势、特点如下:

无人机技术现状及无人机行业未来发展趋势

多旋翼无人机系统

多旋翼无人机系统主要由机架机身、动力系统、飞行控制系统、遥控系统、辅助设备系统五部分组成。

无人机技术现状及无人机行业未来发展趋势

无人机技术现状及无人机行业未来发展趋势

多旋翼无人机

A. 机架机身

无人机的机架机身指无人机的承载平台,一般选择高强度轻质材料制造,例如:玻纤、玻纤维、ABS、PP、尼龙、改性塑料、改性PC、树脂、铝合金等。无人机所有的设备都是安装在机架机身上面,支架数量也决定了该无人机为几旋翼无人机。优秀的无人机机架设计可以让其他各个元器件安装合理,坚固稳定,拆装方便。

B. 动力系统

无人机动力系统,就是为无人机提供飞行动力的部件,一般分为油动和电动两种。电动多旋翼无人机是最主流的机型,动力系统由电机、电调、电池三部分组成。无人机使用的电池一般都是高能量密度的锂聚合电池,由于一些客观原因,传统每300g锂电池,可以为无人机500g(含电池)自重,提供17分钟飞行时间。氢燃料电池、太阳能电池等受制于现有的技术水平和成本,暂时还无法普及。无人机主要在露天作业,对电机、电调系统的稳定性要求较高,需要定期进行检查、保养、防水、防潮。

C. 飞控系统

飞控系统就是无人机的飞行控制系统,不管是无人机自动保持飞行状态(如悬停)还是对无人机的人为操作,都需要通过飞控系统对无人机动力系统进行实时调节。一些高阶的飞控系统除了保证飞机正常飞行导航功能以外,还有安全冗余、飞行数据记录、飞行参数调整和自动飞行优化等功能。飞控系统是整个无人机的控制核心,主要包括飞行控制、加速计、气压计、传感器、陀螺仪、地磁仪、定位芯片、主控芯片等多部件组成。

D. 遥控系统

无人机遥控系统,主要由遥控器、接收器、解码器、伺服系统组成。遥控器是操作平台,接收器接到遥控器信号进行解码,分离出动作信号传输给伺服系统,伺服系统则根据信号做出相应的动作。

E. 辅助设备系统

辅助设备系统,主要包括无人机外挂平台简称云台,外挂轻型相机,无线图像传输系统。云台是安装在无人机上用来挂载相机的机械构件,能满足三个活动自由度:绕X、Y、Z轴旋转,每个轴心内都安装有电机,当无人机倾斜时,会配合陀螺仪给相应的云台电机加强反方向的动力,防止相机跟着无人机“倾斜”,从而避免相机抖动,云台对于稳定航拍来说却起着非常大的作用。外挂轻型相机,主要为体积重量小巧,高清晰度相机。无线图像传输系统,在无人机航拍时候,将天空中处于飞行状态下无人机拍摄的画面,实时稳定的发射给地面无线图传遥控接收设备,优秀的无线图像传输系统具备传输距离远、传输稳定、图像清晰流畅、抗干扰、抗遮挡、低延时等特性。

固定翼无人机系统

固定翼无人机系统由五部分组成:机体结构、航电系统、动力系统、起降系统和地面控制站系统。

机体结构由可拆卸的模块化机体组成,既方便携带,又可以在短时间内完成组装、起飞。

航电系统由飞控电脑、感应器、酬载、无线通讯等组成,完成飞机控制系统的需要。

动力系统由动力电池、螺旋桨、无刷马达组成,为无人机提供飞行所需的动力。

起降系统由弹射绳、弹射架、降落伞组成,帮助无人机完成弹射起飞和伞降着陆。部分高级固定翼无人机采用滑行起降,需要额外设计起落架收放、减震、精准定位、加速和刹车等系统。

地面控制站包括地面站电脑、手柄、电台等通讯设备,用以辅助完成路线规划任务和飞行过程的监控。

无人机技术现状及无人机行业未来发展趋势

固定翼无人机

无人机应用领域

无人机应用领域主要分为三类,消费级应用、工业级应用、军事级应用。

无人机应用领域汇总如下:

无人机技术现状及无人机行业未来发展趋势

消费级无人机应用

以多旋翼无人机为代表的消费级无人机应用市场,已经进入快速成长期,根据公开数据显示,消费级无人机应用市场每年有超过50%以上增速,消费级无人机产品种类与服务日益丰富,行业出现领军企业大疆,占据70%以上的消费级无人机市场份额。

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