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深度科普!无人机技术全解读看完秒变半个专家

作者:小编 点击: 发布时间:2025-06-19 06:56

  

深度科普!无人机技术全解读看完秒变半个专家(图1)

  无人机是无人驾驶飞机的简称(Unmanned Aerial Vehicle),是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置的不载人飞机,包括无人直升机、固定翼机、多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机。广义地看也包括临近空间飞行器(20-100公里空域),如平流层飞艇、高空气球、太阳能无人机等。从某种角度来看,无人机可以在无人驾驶的条件下完成复杂空中飞行任务和各种负载任务,可以被看做是“空中机器人”。

  按照不同平台构型来分类,无人机可主要有固定翼无人机、无人直升机和多旋翼无人机三大平台,其它小种类无人机平台还包括伞翼无人机、扑翼无人机和无人飞船等。固定翼无人机是军用和多数民用无人机的主流平台,最大特点是飞行速度较快;无人直升机是灵活性最强的无人机平台,可以原地垂直起飞和悬停;多旋翼(多轴)无人机是消费级和部分民用用途的首选平台,灵活性介于固定翼和直升机中间(起降需要推力),但操纵简单、成本较低。

  按不同使用领域来划分,无人机可分为军用、民用和消费级三大类,对于无人机的性能要求各有偏重:

  1)军用无人机对于灵敏度、飞行高度速度、智能化等有着更高的要求,是技术水平最高的无人机,包括侦察、诱饵、电子对抗、通信中继、靶机和无人战斗机等机型;

  2)民用无人机一般对于速度、升限和航程等要求都较低,但对于人员操作培训、综合成本有较高的要求,因此需要形成成熟的产业链提供尽可能低廉的零部件和支持服务,目前来看民用无人机最大的市场在于政府公共服务的提供,如警用、消防、气象等,占到总需求的约70%,而我们认为未来无人机潜力最大的市场可能就在民用,新增市场需求可能出现在农业植保、货物速度、空中无线网络、数据获取等领域;

  3)消费级无人机一般采用成本较低的多旋翼平台,用于航拍、游戏等休闲用途。

  飞控子系统是无人机完成起飞、空中飞行、执行任务和返场回收等整个飞行过程的核心系统,飞控对于无人机相当于驾驶员对于有人机的作用,我们认为是无人机最核心的技术之一。飞控一般包括传感器、机载计算机和伺服作动设备三大部分,实现的功能主要有无人机姿态稳定和控制、无人机任务设备管理和应急控制三大类。

  其中,机身大量装配的各种传感器(包括角速率、姿态、位置、加速度、高度和空速等)是飞控系统的基础,是保证飞机控制精度的关键,在不同飞行环境下、不同用途的无人机对传感器的配置要求也不同。未来对无人机态势感知、战场上识别敌我、Kaiyun防区外交战能力等方面的需求,要求无人机传感器具有更高的探测精度、更高的分辨率,因此国外无人机传感器中大量应用了超光谱成像、合成孔径雷达、超高频穿透等新技术。

  导航系统向无人机提供参考坐标系的位置、速度、飞行姿态,引导无人机按照指定航线飞行,相当于有人机系统中的领航员。无人机载导航系统主要分非自主(GPS等)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,而未来无人机的发展要求障碍回避、物资或武器投放、自动进场着陆等功能,需要高精度、高可靠性、高抗干扰性能,因此多种导航技术结合的“惯性+多传感器+GPS+光电导航系统”将是未来发展的方向。

  不同用途的无人机对动力装置的要求不同,但都希望发动机体积小、成本低、工作可靠:1)无人机目前广泛采用的动力装置为活塞式发动机,但活塞式只适用于低速低空小型无人机;2)对于一次性使用的靶机、自杀式无人机或导弹,要求推重比高但寿命可以短(1-2h),一般使用涡喷式发动机;3)低空无人直升机一般使用涡轴发动机,高空长航时的大型无人机一般使用涡扇发动机(美国全球鹰重达12t);4)消费级微型无人机(多旋翼)一般使用电池驱动的电动机,起飞质量不到100克、续航时间小于一小时。

  往前看,我们认为随着涡轮发动机推重比、寿命不断提高、油耗降低,涡轮将取代活塞成为无人机的主力动力机型,太阳能、氢能等新能源电动机也有望为小型无人机提供更持久的生存力。

  数据链传输系统是无人机的重要技术组成,负责完成对无人机遥控、遥测、跟踪定位和传感器传输,上行数据链实现对无人机遥控、下行数据链执行遥测、数据传输功能。普通无人机大多采用定制视距数据链,而中高空、长航时无人机则都会采用视距和超视距卫通数据链。

  现代数据链技术的发展推动者无人机数据链向着高速、宽带、保密、抗干扰的方向发展,无人机实用化能力将越来越强。往前看,随着机载传感器、定位的精细程度和执行任务的复杂程度不断上升,对数据链的贷款提出了很强的要求,未来随着机载高速处理器的突飞猛进,预计几年后现有射频数据链的传输速率将翻倍,未来在全天候要求低的领域可能还将出现激光通讯方式。

  从美国制定的无人机通信网络发展战略上看,数据链系统从最初IP化的传输、多机互连网络,正在向卫星网络转换传输,以及最终的完全全球信息格栅(GIG)配置过渡,为授权用户提供无缝全球信息资源交互能力,既支持固定用户、又支持移动用户。

  中国民航局无人机驾驶员执照(CAAC),这是由中国民航局飞行标准司直接签发的证书,是目前最具权威性和含金量的证书,也是从事无人机行业人员必备的敲门砖。取得该执照可申请空域、申请航线以及从事无人机相关的商业活动等,是唯一由民航局直接颁发的无人机执照,具有极高的法律效力。

  民用无人驾驶航空器系统驾驶员合格证(AOPA):是中国民航局无人机驾驶执照(CAAC)的前身,由中国航空器拥有者及驾驶员协会颁发。2018 年 CAAC 执照出台之后,在此前考取的 AOPA 执照可免费换成 CAAC 执照,现在通过 CAAC 无人机执照考试后,可以免试增发 AOPA《民用无人驾驶航空器系统驾驶员合格证》。

  是指由经人力资源社会保障部门备案的用人单位和社会培训评价组织在备案职业(工种)范围内对劳动者实施职业技能考核评价所颁发的证书,该证书可以作为毕业生、社会成员职业技能水平的凭证。《无人机驾驶员》职业技能等级证书是由人力资源和社会保障部或各省(市)人力资源和社会保障厅(局)备案的社会评价机构颁发,全国通用,无需年审,终身有效,一证一码,可在国家官方网站联网查询。无人机职业技能证书的考取门槛低,可用于抵扣个税、领取补贴、评定职称、Kaiyun积分落户等方面。

  炸机:无人机在飞行过程中发生意外并导致机体受损或完全损坏的情况。对于刚入门的小伙伴来说,“炸机” 这个词可能经常听到。就像全球鹰科普中提到的,所谓的无人机 “炸机 ” 并不是指无人机爆炸,而是指无人机因受到干扰或者内部硬件故障,导致的失控坠机。

  约飞:无人机爱好者约定时间地点一起放飞交流。一般情况下,“约飞” 可以理解为共同商定的事情,像飞一样的进行。另一种解释是,“约飞” 是三朋好友一起去飞无人机的行为,通常是同城的飞友们约定一个时间和地点,一起放飞无人机,交流飞行经验和技巧。

  爽飞:飞行期间非常顺利。估计在无人机飞行过程中大家会喜欢的词应该就是 “爽飞” 了,意思和字面差不多就是很爽的一次飞行体验,无人机飞行期间一切顺利,没有出现炸鸡等事故。

  定钉子:定点很稳。指在 GPS 精度高、信号好、飞行环境好的情况下,无人机定点很稳,像钉好的钉子一样牢固稳定。

  悬停:空中保持静止不动。无人机的悬停依赖于其先进的飞行控制系统。这一系统集成了多种传感器,如陀螺仪、加速度计和 GPS 等,能够实时感知无人机的姿态、速度和位置信息。通过复杂的算法处理这些数据,飞行控制系统能够精确计算出无人机所需的控制指令,以保持其稳定悬停。同时,无人机通常搭载有多个旋翼或螺旋桨,这些旋翼在电机的驱动下高速旋转,产生向上的升力。当升力与无人机的重力相平衡时,无人机便能实现悬停。

  失控:无法由地面控制器控制。指无人机在空中无法由地面控制器控制,飞行状态失常,不能如期执行任务或按照设计的路线飞行。

  空中停车:发动机或电机停止工作。指的是无人机在飞行过程中,由于某种原因导致其发动机或电机停止工作,从而使无人机失去动力支持的状态。

  一键放生:“一键返航” 时飞丢。一般指 “一键返航” 时可能由于 GPS 失去信号、撞到障碍物或指南针受到干扰等原因导致无人机飞丢。

  丢星:GPS 丢失信号。指无人机在飞行过程中 GPS 丢失的现象。通常发生在无人机飞至磁场较强区域受到干扰,或者 GPS 信号被障碍物遮挡的情况下。

  兴趣点环绕:围绕设定点圆周飞行。指的是无人机围绕用户设定的兴趣点进行圆周飞行,同时保持兴趣点位于画面中央。

  蹿高:高度急速上升。通常指的是无人机在飞行过程中没有人为干扰的情况下,突然发生的高度急速上升现象。

  果冻:航拍视频画面抖动等现象。指的是使用无人机进行航拍时,由于无人机或相机本身的高速运动或振动,导致拍摄出的视频画面出现抖动、扭曲或倾斜的现象。

  过放:电池电量过度消耗造成损害。指无人机电池在放电过程中,由于各种原因导致电池电量过度消耗,进而对电池造成不可逆的损害。

  过充:电池充电超量造成损害。指无人机电池在充电过程中,由于充电时间过长、充电电路故障或使用不匹配的充电器等,导致电池电量超过其设计容量或额定电压,从而对电池造成损害的现象。

  射浆:在无人机起飞前,由于螺旋桨的安装不正确或设计有问题,导致螺旋桨脱离电机。

  冗沉:为增加可靠性,在必备系统基础上增加备份。例如,使用双IMU(惯性测量单位),在一个IMU故障时可由另一个IMU承担其功能。

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