无人机构造与主要技术环节突破

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来源：中为咨询www.zwzyzx.com 【日期：2016-09-06 14:54:52】【打印】【关闭】

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可以将无人机构成分为飞机平台、有效载荷、地面控制三大系统部分，其中飞机平台系统包括动力系统、飞控系统、电气系统、通信系统，以及机体五大部分，见下图。

具体来看：1)动力系统——目前主流的民用无人机多采用活塞式发动机和电动机。对于消费级无人机和其他微型无人机，电动动力系统成本较低、使用便利，应用更广。电动动力系统主要包括动力电机、电源和调速系统。2)飞控系统——又称为飞行管理与控制系统，是决定飞行性能的核心。具体涉及无人机的发射回收、航迹控制（与导航系统协同）、任务设备管理、信息收集传输等功能。

传感器是飞控系统的设计基础，常用传感器包括角速率传感器、姿态传感器、位臵传感器、加速度传感器、高度传感器等等。飞控计算机的主处理控制器可以使用通用处理器（MPU）、微处理器（MCU）、数字信号处理器（DSP）、可编程门阵列（FPGA）等。此外飞控系统还包括伺服执行机构（用于根据飞控计算机的指令实现对无人机的飞行控制），以及飞控软件。3)电气系统——包括电源和配电系统组成的供电系统，以及用电设备。4)通信系统——终端硬件通常可以集成在地面控制站和机载硬件中，主要用于指挥控制、空中交通管制等。5)有效载荷——任务设备根据用途可以分为航拍相机、测绘雷达、激光测距等。如载荷相机时，还需要用于稳定相机的云台。6)地面控制——地面控制站可以多个协同，实现数据链控制、飞行控制、载荷控制、载荷数据处理等功能。

无人机系统组成部件

如上所述的机体五大组成部分，辅以地面控制系统和有效载荷，则能够实现无人机的稳定飞行和各种任务。下图所示为无人机几大模块的协作模式示意图，以及飞控系统的工作原理示意图。

无人机系统结构

飞控系统结构

近两年，民用无人机在以上几大主要功能系统上都实现了诸多技术突破。以飞控系统为核心，其芯片、传感器、导航等系统功能正在复杂多样化，而高度集成芯片将使得无人机制造使用成本大幅下降。在2015年CES展会上，高通和英特尔都展示了基于自家芯片的无人机系统，采用了性能更为强大的CPU或ARMCortex-A系列处理器。高通的无人机方案SnapdragonCargo实质是一款机器人，内部是一个基于高通骁龙SoC（片上系统）开发的多功能计算平台，旨在提供一个低功耗解决方案，集成多核处理、无线通信、传感器整合、定位以及供多个机器人应用使用的实时输入输出数据。该平台也可集成高通的计算机视觉技术（视觉惯性测程、视觉同步定位和绘图、立体相机景深等技术），用于避障飞行。而英特尔展示的无人机（与德国工业无人机厂商AscendingTechnologies合作开发）采用了“RealSense”计算机视觉技术，内臵6个“RealSense”3D摄像头，能构建3D地图和感知周围环境。同时采用四核英特尔凌动（Atom）处理器的PCI-express定制卡，来处理传感器实时信息等。

英特尔RealSense3D摄像头构成

2016年CES展会上，高通发布了与腾讯、ZEROTECH合作的SnapdragonFlight平台，支持无人机和机器人的高性能计算，可实时拍摄分享视频。而英特尔收购AscendingTechnologies之后，也在会上展示了配有RealSense摄像头和CPU、具备自动避障功能的无人机。随着芯片巨头的参与，未来的飞控系统计算平台将具备越来越强大的计算处理能力和丰富的功能，同时基于高度集成芯片的无人机制造将更为简单和低成本。

再以电池为例，目前无人机主要采用锂聚合物电池，续航时间基本在45分钟以内，大部分只有20-30分钟，而充电时间超过1小时。这对无人机的行动和使用造成了很大限制。而现在有不少新能源电池和新技术为延长续航时间提供了可能性，如太阳能电池板和燃料电池。一些新型锂电池也具备了更强的供电能力，如特斯拉2015年发布的一款针对航拍应用的无人机原型，其电池能够将飞行时间延长到60分钟，而只需充电20分钟。

此外，各类芯片、MEMS传感器、电机等部件及通信成本随着技术和产业链成熟而大幅下降，也是民用无人机爆发式增长的主要因素。目前国内一架普通消费级无人机的成本只需3000-5000元，不少主流飞控板价格在几百元的级别。

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