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无人机(jī)的发展将在哪些技术领(lǐng)域实(shí)现突破?

 

一、动力技术

续航能力是目(mù)前(qián)制约无人机(jī)发展的(de)重大障碍(ài),消费(fèi)级多旋翼续航(háng)时间基本在20min左右,用户外出飞行不得不携带多块(kuài)电池备用,造成使用作业的极(jí)大不便。无人机必须在(zài)动力方(fāng)面(miàn)实现突破才能走上(shàng)新(xīn)的革命性高度。

1. 新型电池

2015年,来自加拿大蒙(méng)特利尔的Energy Or技(jì)术有限公(gōng)司(sī)报道采用燃(rán)料(liào)电池(chí)的四旋翼进(jìn)行了3小时43分钟续航飞行。此(cǐ)外,石墨烯(xī)、铝(lǚ)空气电池(chí)、纳米电池这(zhè)三(sān)项电池技术(shù)有望成为未来电池世界的希望。人(rén)们对这些新的电池技术有着十(shí)分迫切(qiē)的需求。它(tā)们将首先会(huì)被应(yīng)用到手(shǒu)机和电动汽车,随后可(kě)配备于多旋(xuán)翼。

2. 混合动力

2015年,美(měi)国初创公司Top Flight Technologies报道自己开发(fā)混合动力六旋翼无(wú)人机。该六旋翼仅(jǐn)需要(yào)1加仑汽油,便可以飞(fēi)行两个半小时,约(yuē)160公里的距离,最高(gāo)负重达约9公斤。另外,一家来自(zì)德国的公司Airstier推出了一款多旋(xuán)翼。该多旋(xuán)翼采用油电混合动力,有效载荷5公斤,可飞行1个小时。

3. 地面供电(diàn)

采(cǎi)用地面供(gòng)电的系留多旋(xuán)翼,通过(guò)电缆将电能源(yuán)源不(bú)断输送给多旋翼,可以(yǐ)极大提(tí)升多旋翼的滞空时(shí)间。比如:以色列公司Skysapience旋(xuán)翼(yì)。

4. 无线充电

无线充(chōng)电技术已经在手机(jī)、电动牙刷等电子产品上实现(xiàn)市场化,并正在电(diàn)动汽车领域开展深入(rù)应用。来自德国(guó)柏林(lín)的初创公司Sky Sense在无人机户外(wài)充电方面提供(gòng)了一(yī)种解决方(fāng)案:研发出一块可以(yǐ)为无人(rén)机进(jìn)行无(wú)线充电的平板。Sky Sense的最大特点是可以进(jìn)行远程控制,无(wú)人机的降(jiàng)落—充(chōng)电—起飞(fēi)全过程可以独立(lì)实现,不需(xū)要有人在现(xiàn)场进行(háng)干预(yù)和辅助。如果充电(diàn)时间更快,那么无线充电技术将会极(jí)大地帮助多旋翼(yì)进行长(zhǎng)途飞(fēi)行(háng)。

二、导航技术

无人机准(zhǔn)确地知(zhī)道(dào)自己“在(zài)哪儿”、“去哪儿”,几乎是类(lèi)似于(yú)人类(lèi)“从哪(nǎ)里来(lái)、到(dào)哪里去”的哲(zhé)学问题,在无(wú)人机的任何发展(zhǎn)阶段都是绕不开的问题。

1. 定位技术(shù)

1GPS载波相位(wèi)定位(wèi)

目前正(zhèng)在这方面开展研究的项(xiàng)目(mù)有:Swift Navigation公司开发的Piksi; 日本(běn)东京海洋大学(xué)开发的RTKLIB开源项目。

2)多信息(xī)源(yuán)定位(wèi)

英国军方BAE 最(zuì)近(jìn)公布了他们(men)研发的名为(wéi)NAVSOP的定(dìng)位(wèi)技术。该技术将利(lì)用包括TV、收音(yīn)机、Wi-Fi 等(děng)等信息定位(wèi),弥补GPS 的不足。

3UWB (Ultra Wideband,超宽(kuān)带)无线定位

相关(guān)研究可参考(kǎo):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(sù)技术(shù)

目前公(gōng)认的比较精确的测速方案是通过“视觉(光流)+超声(shēng)波+惯(guàn)导”的融合。AR.Drone是最早采用该项技术(shù)的多旋翼飞行器,极大提升(shēng)了(le)飞行器的可操控(kòng)性,获得(dé)了巨大的(de)成功。

3. 避障技术(shù)

让飞行中的无人(rén)机“长眼(yǎn)镜”,能够识别飞(fēi)行路(lù)径上(shàng)的障碍物,并准确绕飞或悬停,是(shì)实现无人机(jī)智能化的(de)重要一(yī)步。未来无(wú)人机避障(zhàng)技术(shù)将在(zài)这些方面实现突破:

1)深度相机(jī)避(bì)障技(jì)术;

2)声呐系统避(bì)障(zhàng)技术;

3)“视觉+忆阻器”避障(zhàng)技术;

4)双(shuāng)目(mù)视觉避障技术(shù);

5)小型电(diàn)子扫(sǎo)描雷达;

6)激光扫(sǎo)描测距雷达(dá);

7)四(sì)维雷达。

4. 跟踪技术

识别目标并(bìng)进行跟(gēn)踪飞行,减轻(qīng)使用者的操作负担,并能够利用无人(rén)机执行特殊环境条(tiáo)件下的特殊任(rèn)务(wù)。智能跟踪主(zhǔ)要(yào)有:

1GPS跟踪;

2)视觉跟踪(zōng)。

三、交互技术

无(wú)人机目(mù)前主要通(tōng)过遥控(kòng)器进(jìn)行(háng)飞行控制,需要专业训练,具(jù)有(yǒu)一定的局限性。随着新技术的发(fā)展,无(wú)人机应简化对操作人(rén)员的(de)要求,提升用户体验(yàn)。

1)手势控(kòng)制技术

手势交互是一(yī)种(zhǒng)未来人(rén)机交互的趋势,目(mù)前在精确(què)度上存(cún)在挑战。在CES2014的展场(chǎng)上,有利用MYO手(shǒu)势控(kòng)制(zhì)臂带来控制AR.Drone2.0四旋翼的演示。

2)脑机接口技术

近年(nián)来,科研人(rén)员在(zài)多个(gè)领域都运用到了BCIBrain Computer Interface,脑机接口技术(shù))技术,科员人员运用该技术制作新型玩具、为残疾人(rén)制作义肢(zhī)。作为需(xū)要(yào)安全性较高的飞行器,这种(zhǒng)方式目前还不成熟。它可作为一种验证性质的技术(shù)展示(shì),离实际还有不少距离。

四(sì)、通讯技术

14G/5G通讯技术

20136月(yuè)17日,北京4G联盟联合无人(rén)机联盟组织召开了(le)4G联盟与无(wú)人机联盟交流(liú)研讨会,旨在加强北京4G联盟和无人(rén)机联盟之(zhī)间技(jì)术交流,寻找无人机机载载荷与4G设(shè)备仪器的聚焦,促进北京市信息产业(yè)发展。2015年,中(zhōng)国移动开发(fā)4G“超级空战队”设备,能支持航拍(pāi)影像(xiàng)即拍即传。5G的(de)速(sù)度比现在的LTE网络标准连接速度(dù)快250倍,它标志着无线(xiàn)行业的一个新(xīn)的里程碑。无论是智能手(shǒu)机,还(hái)是(shì)汽车、医疗设备、无人机和其他设备,都将受益于这(zhè)一无线(xiàn)连接速度。

2Wifi通讯技术

2013年(nián),德(dé)国的卡尔斯鲁厄理工学院开发(fā)出了一项新的无(wú)线(xiàn)广域网技术(shù),打破了最快的(de)WiFi网络速度纪录(lù),它可(kě)以让1公(gōng)里以外的用户每秒钟下载(zǎi)40GB。由(yóu)于这种(zhǒng)设备(bèi)的传输距离(lí)比普通WiFi路由(yóu)器的覆盖范(fàn)围要(yào)广得多(duō),因(yīn)此这种设备(bèi)很适合无人(rén)机航(háng)拍(pāi)图传或光纤布放不方便(biàn)的农村地区应用。

五、芯片(piàn)技术(shù)

12014CES上(shàng),高通和英特尔展示了(le)功(gōng)能更为丰富(fù)的多(duō)轴飞(fēi)行器(qì)。例(lì)如,高通CES上展示(shì)的Snapdragon Cargo无人机(jī)是基于高通Snapdragon芯片开发出来的(de)飞行(háng)控制器,它有无(wú)线通信、传感器集成(chéng)和(hé)空间定位等功能(néng)。20159月,据美(měi)国科技新闻网站Engadget报道(dào),高通已经为无人机市(shì)场推出了一个芯片解决方案,名为“骁龙飞行平(píng)台”。

英特尔CEO Brian Krzanich也亲(qīn)自在CES上(shàng)演示(shì)了他们的无人机,采用了四核的英特尔凌动(Atom)处理器的PCI-express定制卡(kǎ)。此外,活跃在(zài)在(zài)机器人市场(chǎng)的欧洲处理器厂(chǎng)商(shāng)XMOS也表示已经进入到无人机(jī)领域(yù)。

23DR发表(biǎo)声明与Intel英(yīng)特尔共同合作开发Edison芯片(piàn),这是一种新(xīn)型微(wēi)型处理芯片。它只有(yǒu)一个硬币(bì)的大小(xiǎo),却具有个人电脑一样的处理能力(lì)。

3)目前,包括IBM在内的多家科技公司都(dōu)在模拟(nǐ)大脑,开发神经元芯(xīn)片(piàn)。而一旦类似芯片被应用(yòng)于无人机,自主反应、自动(dòng)识别有(yǒu)望会变得轻而易举。

六(liù)、平(píng)台技术

1)“Dronecode”的无人机开源系统

201410月,著名开(kāi)源基金会Linux推出了(le)名为(wéi)“Dronecode”的无(wú)人(rén)机开源系(xì)统合(hé)作(zuò)项(xiàng)目,将3D Robotics、英特尔、高通、百(bǎi)度等科技巨头纳(nà)入(rù)项目组,旨(zhǐ)在(zài)为(wéi)无人机开(kāi)发(fā)者(zhě)提供所需(xū)要(yào)的资源、工具和技术支持,加快无人机和机器人领域的发展(zhǎn)。

2Ubuntu 15.04 操(cāo)作系统

Ubuntu 15.04的物联网(wǎng)版本是Ubuntu 目前最小且最(zuì)安全的(de)版本,非常地精简(jiǎn),适合发行(háng)家、科技专业人士与开(kāi)发者使用,能够在无人机等领域中使用(yòng)。

3Airware发(fā)布企业(yè)级无人机系统(tǒng)

Airware公(gōng)司旨(zhǐ)在通(tōng)过标准化的(de)无人机(jī)软件系统(tǒng),帮助企业迅速(sù)、高效地完成商用无人(rén)飞行器的部署及管理——该(gāi)系统已于本周四正式发布,通过(guò)硬件和软(ruǎn)件的结合(hé),Airware成功实现了在一个软件平台上统一管(guǎn)理多个不同型号、不同品牌无(wú)人机(jī)的目(mù)标。目前,Airware产品已获得两(liǎng)家合作伙伴(bàn)的(de)采(cǎi)纳,分别(bié)为通用电气(qì)(也同时(shí)是Airware的投资者)InfinigyInfinigy是一家(jiā)通讯公司(sī)。

七、空(kōng)管技术

12014年,Airware计划在(zài)NASA加州基地针对不同类型的无人机(四旋翼、直升机、固定翼飞机(jī))展开一系(xì)列的飞行和(hé)实(shí)验室测试。

2)初(chū)创公司SkyWard正在研(yán)发(fā)一个无人机交通控制(zhì)系统,这个(gè)系统(tǒng)将(jiāng)让(ràng)数(shù)千无人(rén)机在城市(shì)上(shàng)空飞行而不会互相碰撞。Skyward正在跟FAA和全(quán)球三大无人机制造商——国(guó)内的大疆、美国的3D Robotics和法国的Parrot——合作(zuò)以证明大(dà)量(liàng)的(de)无人机可以在拥挤的空(kōng)域(yù)安全地共存。

3)美(měi)国航天局(NASA)同(tóng)空(kōng)间技术公司Exelis已经联手(shǒu)组成团队(duì)开发无(wú)人机空中交通管(guǎn)制系(xì)统的原型产(chǎn)品。

4)位于(yú)美(měi)国西雅图的Transtrex公司,发布了测(cè)试版本的无人机动态地理空(kōng)间限制系统软件。该系统是(shì)为了确(què)保(bǎo)无人机在500英尺高度下(xià),安全规范(fàn)飞行(háng)而设计的。

5)在第三(sān)届AOPAAircraft Owners and Pilots Association,航空器拥有(yǒu)者及(jí)驾驶员协会)国际飞行训练展(zhǎn)会上,中国(guó)AOPA联合多家企业开发的针对轻小无人机的“U Cloud”无人机(jī)监管系统宣布上线。(源自:无人机系统标准化)

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