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低空经济之无人机航电系统
无人机系统由飞行平台、动力装置、航电系统、任务载荷系统、地面系统、综合保障系统等组成,其中无人机航电系统也是飞行器任务系统,是指飞机上所有电子系统的总和,是保证飞机完成预定任务并达到各项规定性能所需的各种电子设备的总称,相当于飞行器的大脑和神经。负责飞行控制、导航、通信、任务执行等核心功能,能够为无人机执行导航引导、测控传输、飞行控制、情报侦察等多种任务提供必要的保障。主要涉及飞行控制系统、导航系统、通信系统、任务载荷系统、电源管理系统、机载计算机系统、数据记录系统等模块。
飞控系统是无人机完成作业任务的基础,包含硬件和软件两方面。 硬件方面,一般包括控制计算机、传感器、导航设备、执行机构等设备构成。功能包括发动机控制、高精度飞行姿态控制、地面操控平台、数据链通信及导航、载荷控制等。软件方面,可以分为程序控制(时间程序控制)、遥控(通过地面站遥控指令控制) 和自主飞行控制(二维、三维或四维)。
导航系统是无人机的“眼睛”,多技术结合是未来发展的方向。无人机载导航系统主要分非自主(卫星制导)和自主(惯性制导)两种,但分别有易受干扰和误差积累增大的缺点, 而无人机需要高精度、高可靠性、高抗干扰等导航能力,多种导航技术结合的导航系统将是未来发展的方向。
通信系统是无人机(UAV)与地面站(GCS)、其他无人机或卫星之间的数据链路,负责传输控制指令、遥测数据、任务载荷信息(如图像/视频)等,直接影响无人机的控制距离、可靠性、抗干扰能力等关键性能。为了提供高速率、高抗干扰能力等无人机数据链,当前国外围绕不同类型无人机先后研制了多型无人机数据链。如全球鹰无人机装备了多种数据链链路,包括两种视距数据链和两种卫通数据链等。目前,无人机数据链正在向着低成本、高可靠性、小型化和能够支持上下行加密的更加安全的方向发展。
任务载荷系统是无人机执行特定任务的核心功能模块,决定了无人机的应用场景和能力上限。不同类型的载荷使无人机能够完成侦察、测绘、物流、农业、安防等多样化任务,通常包括光学载荷、雷达载荷、通信中继、物流载荷、农业载荷、电子战载荷、生化探测等。任务载荷系统性能直接决定无人机的应用能力和任务效能。该系统与飞控、通信、电源等子系统高度协同,构成完整的任务执行体系。无人机航电任务载荷系统正朝着“智能化、多功能、高可靠”方向发展,AI、新型传感器和集群技术将催生更多颠覆性应用。
电源管理系统是确保无人机安全供电、高效能源分配、智能电池管理的核心子系统,直接影响飞行安全、续航时间和任务可靠性。包括电池输入、电池分配单元、电压/电源监测、电池管理系统、冗余备份电源、数量优化算法等模块。无人机航电电源管理系统正从“被动供电”向“智能能源优化”演进,固态电池、混合动力、AI调度等技术将突破续航瓶颈。但需解决安全、标准化、极端环境适配等问题,产业链需联合电芯厂商(如宁德时代)、无人机厂商(如大疆)和算法公司共同攻关。未来,随着eVTOL和无人货运发展,高功率、高可靠电源系统市场将快速增长。
1)全球军用无人机市场:根据蒂尔集团报告,2023-2032年全球军用无人机市场 规模持续保持增长,预计2032年全球军用无人机市场规模达到164亿美元,复 合增速为3.44%;2032年研发费用将达到78亿美元,复合增速为2.25%。 2)我国军用无人机市场:假设我国军用无人机采购费对标美国占国防预算比例 约0.4%,预计2023年我国军用无人机市场需求约60亿元。
3)我国无人机军贸市场:根据SIPRI数据,中国2010-2020年全球军用无人机 市场规模占比为17%,排名第三,主要出口机型为“彩虹”和“翼龙”无人机。
4)我国民用无人机市场:根据Frost&Sullivan数据,中国工业无人机市场规模 在2024年将达到3208亿元,预计2020-2024年复合增速为56%。
从事无人机航电系统业务的上市公司主要有中航电子、星网宇达、晨曦航空等。其中中航电子经营业务涵盖机载航空电子系统、飞行控制系统、机电系统及设备,是我国航空机载领域的龙头企业。国内主要企业还包括中航工业集团旗下中航机载、昂际航电、佳明公司等。
无人机航电系统在技术层面、应用层面、供应链管理方面都还存在一些瓶颈。技术层面:各厂商协议目前都未开放,导致三方设备适配成本高,与此同时,由于接口通讯协议与接口兼容性差,企业面临不同平台重复开发,增加时间和经济成本,非标接口对于后续维护保障也存在效率底下的问题;电磁兼容性具备一定挑战,复杂环境下通信容易受到干扰,图传丢包率高;续航瓶颈依然是个挑战,航电系统功耗的增长(如人工智能融合技术,AI计算不断需求),与电池能量密度矛盾较为突出。应用层面:民用无人机航电适航标准还未完善,缺少统一的测试规范,此外,军工级的高成本设计(如抗辐射芯片)难以移植到民用市场。供应链管理方面:芯片卡脖子问题凸显,高端航电依赖进口(如FPGA/Xilinx、IMU/ADI),受国际制裁影响(如华为禁令)。传感器精度也受局限,国产替代需求旺盛。
为促进无人机航电系统的模块化设计,推动行业规模化、高质量发展,加快无人机产业链高效协同,降低中小企业进入门槛,形成多级互动、协同创新,非常有必要建立统一的接口标准。
根据国家标准定位,未来标准融合创新场景越来越多,在前沿技术发展初期进行标准布局未来将成为趋势。标准将成为技术成果转化的有力推手,帮助行业快速高质量发展,加强行业粘性,以产业链形式融合创新发展,大幅提升各行各业可持续发展!
目前,数据要素、低空经济、人工智能等标准正在规划起草中,欢迎相关企业共同以标准助力行业发展,提升自身竞争力,促进企业可持续发展!以标准为抓手,实现行业圈层深度对话!
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