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无人机的发展将在哪些技术领(lǐng)域实(shí)现突(tū)破?

 

一、动力技术

续航能力(lì)是目前制约无(wú)人(rén)机发(fā)展的重大障碍,消费级多旋翼续航(háng)时间基本在(zài)20min左右,用(yòng)户外出飞行不(bú)得不携带多块电池备用(yòng),造(zào)成使用作业的极大不便。无人机必须(xū)在(zài)动力方(fāng)面实现突破才能走上新的革命性高度。

1. 新型电池

2015年,来自加拿大蒙特利(lì)尔的Energy Or技术有限公(gōng)司报道采用燃料(liào)电(diàn)池的四旋翼进行了3小时43分钟续航飞行(háng)。此外(wài),石墨烯、铝空气电池、纳米电池这三项电池技术有望成为未来(lái)电池世界的希望。人们对这些新的电池技术有(yǒu)着十分迫切的需求。它(tā)们将(jiāng)首先会被应用到手机和电动汽车,随后可配备(bèi)于多旋翼。

2. 混合动力

2015年,美国初创公司Top Flight Technologies报道(dào)自己开发(fā)混(hún)合动力六旋翼无人机。该六旋翼仅需要1加仑汽油,便可以飞行两个半小时(shí),约160公里的距离,最高负重达约9公斤。另(lìng)外(wài),一(yī)家(jiā)来自德国的公司(sī)Airstier推出(chū)了(le)一款多(duō)旋翼。该多(duō)旋翼采用油电混合(hé)动力,有效载荷5公斤,可飞行1个小(xiǎo)时。

3. 地面供电

采用地面供(gòng)电的(de)系(xì)留(liú)多旋(xuán)翼,通过(guò)电缆将电能源(yuán)源不断输送给多旋翼(yì),可以极大提升多旋翼的滞空时(shí)间。比(bǐ)如:以色(sè)列公司Skysapience旋翼。

4. 无线(xiàn)充电

无线充电技(jì)术已经在(zài)手机、电动(dòng)牙刷等电子产品上实现(xiàn)市场化,并正在电动汽车领域开(kāi)展深入应用。来(lái)自德国柏林的(de)初创公司Sky Sense在无人机户外(wài)充电方面提供了(le)一种解(jiě)决(jué)方(fāng)案:研发出一(yī)块可以(yǐ)为无人(rén)机进行无线充电(diàn)的平板。Sky Sense的最大特点是可以(yǐ)进行远程控制,无人机的(de)降落—充电—起(qǐ)飞(fēi)全过程可(kě)以独立实现(xiàn),不需要有人在现场进行干(gàn)预(yù)和辅助。如果充电时间更快,那么无线充电技术将会极大地帮助多旋翼进行长途(tú)飞(fēi)行。

二、导航技术

无人机准确地知(zhī)道自己“在哪儿”、“去哪儿”,几乎是类似于人类“从哪里来、到哪(nǎ)里去”的哲学问题,在无人机的任何发展阶段都是绕不开(kāi)的问题。

1. 定位技术

1GPS载波(bō)相位定位

目(mù)前正(zhèng)在这方面开展研究的(de)项目有(yǒu):Swift Navigation公司开发的Piksi; 日本东京海洋(yáng)大学开发的RTKLIB开源项目。

2)多信息源定位

英国军方BAE 最近公(gōng)布了他们研发的名为NAVSOP的定(dìng)位技术。该技术将利用包(bāo)括TV、收音机(jī)、Wi-Fi 等等信(xìn)息定位,弥补GPS 的不(bú)足。

3UWB (Ultra Wideband,超宽带(dài))无线(xiàn)定位(wèi)

相关(guān)研究可参考: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. 测速技(jì)术

目(mù)前公认的比较精(jīng)确的(de)测速方案是通过“视觉(光流(liú))+超声波+惯(guàn)导(dǎo)”的融合。AR.Drone是最早采用该项技术的多旋翼飞行(háng)器,极大(dà)提升了飞行器的可操控性,获得了巨大的成功(gōng)。

3. 避障技术

让飞行中的无人(rén)机“长(zhǎng)眼镜”,能够识别飞行路径上的障碍物,并准确绕飞或悬停,是实现无人(rén)机(jī)智能(néng)化的重要一步。未来无人机避障技术将在这些方面实现突(tū)破(pò):

1)深度相机避障技术;

2)声呐系统避(bì)障技术;

3)“视(shì)觉+忆阻(zǔ)器”避障技(jì)术;

4)双目视觉避(bì)障技术;

5)小型电(diàn)子扫描雷(léi)达;

6)激光扫(sǎo)描测距雷达;

7)四维雷(léi)达。

4. 跟踪技术

识别目标并进行跟踪飞行,减轻(qīng)使(shǐ)用者的(de)操作负担,并能够利用无人机执行特殊环境条件(jiàn)下(xià)的特殊任务。智(zhì)能跟踪主要有:

1GPS跟踪;

2)视觉跟踪。

三、交互技术

无人机目前(qián)主要通过遥控(kòng)器(qì)进行飞(fēi)行控(kòng)制,需要专业(yè)训练,具(jù)有一定(dìng)的局(jú)限性。随着新技术(shù)的发展,无人机应(yīng)简化对操作人员的要求,提升用户体验(yàn)。

1)手势控制技术

手势交互是一种未来人机交(jiāo)互的趋(qū)势,目前在(zài)精确度上存(cún)在挑战。在CES2014的展场(chǎng)上,有利用MYO手势控(kòng)制臂带来控制(zhì)AR.Drone2.0四(sì)旋翼的演示。

2)脑机接口技术

近年来,科研人员在多个领域都运用到了BCIBrain Computer Interface,脑机接(jiē)口技术)技术(shù),科员(yuán)人员(yuán)运用(yòng)该技术制作新(xīn)型玩具、为残(cán)疾人制作义肢。作为需要安全性较高的(de)飞行(háng)器,这种(zhǒng)方式目前(qián)还不成熟。它可作为一(yī)种验证性质(zhì)的(de)技(jì)术(shù)展示,离实际还有不少距离。

四、通讯技术

14G/5G通(tōng)讯技术(shù)

20136月(yuè)17日,北京(jīng)4G联(lián)盟联合无人机(jī)联盟组织召开了4G联盟与无人机(jī)联盟交流研讨会,旨(zhǐ)在加强北京4G联盟和无人机(jī)联盟之间技术交流,寻找无人机机载载荷(hé)与4G设备仪器(qì)的(de)聚焦,促进北京市信息产(chǎn)业发展。2015年,中国(guó)移动开发4G“超级(jí)空(kōng)战队”设备,能支持(chí)航拍(pāi)影像(xiàng)即拍即传。5G的速度比现(xiàn)在(zài)的LTE网络标准连接速度快250倍,它标志着无线(xiàn)行(háng)业的一个(gè)新的里程碑。无论是智能手机,还是汽车、医疗设备、无(wú)人机和其他设备,都将(jiāng)受益于这一无线(xiàn)连接速度。

2Wifi通讯技术

2013年,德国(guó)的卡尔(ěr)斯鲁厄理工学院开发出了(le)一(yī)项(xiàng)新(xīn)的无线广域网技术,打(dǎ)破了最快的WiFi网(wǎng)络速度纪录(lù),它(tā)可以让1公里以(yǐ)外的用户每秒钟下载(zǎi)40GB。由于这种设备的(de)传输距离比(bǐ)普通WiFi路由器(qì)的覆盖范围(wéi)要广得多,因此这种设备很(hěn)适合无(wú)人机航(háng)拍图传(chuán)或光纤(xiān)布(bù)放不(bú)方便的农村地区应用。

五、芯片技术

12014CES上,高(gāo)通和英特尔(ěr)展示了功能更为丰富的多轴(zhóu)飞行器。例(lì)如(rú),高通CES上展示的Snapdragon Cargo无人机是基于高通Snapdragon芯片开发(fā)出来的飞(fēi)行控(kòng)制器,它有无线通(tōng)信、传感器集(jí)成和空(kōng)间定位等功能。20159月,据美(měi)国科技(jì)新闻网站Engadget报道,高通已经为无人机市场推出了一(yī)个芯片解决方案(àn),名为“骁龙飞行平台”。

英特尔CEO Brian Krzanich也亲(qīn)自在CES上演示了他(tā)们(men)的(de)无人机,采用了四核的(de)英特尔凌动(Atom)处理器(qì)的PCI-express定(dìng)制(zhì)卡。此外(wài),活跃在在机器人市场(chǎng)的欧洲处理器厂商XMOS也(yě)表示已(yǐ)经进入到无人机领域。

23DR发表声明与(yǔ)Intel英特尔共同合作开发(fā)Edison芯片,这是一种新型微型(xíng)处理芯片。它(tā)只有(yǒu)一个(gè)硬币(bì)的大小,却具有个人电脑一(yī)样的处理能力。

3)目(mù)前,包括IBM在内(nèi)的多家科(kē)技公司都在模拟大脑(nǎo),开发神经(jīng)元芯片。而一旦类似芯片被(bèi)应(yīng)用于(yú)无人机,自主(zhǔ)反(fǎn)应、自(zì)动识别(bié)有望(wàng)会(huì)变(biàn)得轻而易(yì)举。

六、平台技术

1)“Dronecode”的(de)无人机开(kāi)源系统

2014年(nián)10月,著名开源基金会Linux推出了名为“Dronecode”的(de)无(wú)人机(jī)开源系统合(hé)作项目,将3D Robotics、英特尔、高通、百度等科技巨头纳入项目组,旨(zhǐ)在为无人机开发(fā)者提供所需要的资源、工具和(hé)技术支持,加快无人(rén)机和机器人领域的发展(zhǎn)。

2Ubuntu 15.04 操作系统(tǒng)

Ubuntu 15.04的物联(lián)网版本是Ubuntu 目(mù)前最小且最安全的版本,非常地精简,适合(hé)发行家、科(kē)技专业人士(shì)与开发(fā)者使用,能够在无人机等领域(yù)中使用。

3Airware发布企业级(jí)无人机系统

Airware公司旨在通过(guò)标(biāo)准化的(de)无人机软件系统(tǒng),帮助企业(yè)迅(xùn)速、高效(xiào)地完成商用无人飞行器(qì)的部署及管理——该系统已于(yú)本周四(sì)正式(shì)发布,通过硬件(jiàn)和软件的结合,Airware成功(gōng)实(shí)现了在(zài)一个软件(jiàn)平台上统一管理(lǐ)多个不同型号、不同品牌无(wú)人机(jī)的目标。目前,Airware产品已(yǐ)获得两家合(hé)作伙(huǒ)伴的采纳,分别为通用电气(也同(tóng)时是Airware的投(tóu)资者)Infinigy。Infinigy是一(yī)家通讯公司。

七(qī)、空管技术

12014年,Airware计划在NASA加州基地针对不同类型(xíng)的无人机(四(sì)旋翼、直升机、固定翼飞机(jī))展开一系列的(de)飞行和(hé)实(shí)验(yàn)室测(cè)试。

2)初创(chuàng)公司SkyWard正在研发一个无(wú)人(rén)机交通控制系统,这个系统将让数千(qiān)无人机在城(chéng)市上空飞行而(ér)不(bú)会(huì)互相碰(pèng)撞。Skyward正在跟(gēn)FAA和全球三大无人机(jī)制造商——国内的大疆、美国的(de)3D Robotics和法(fǎ)国的Parrot——合作(zuò)以(yǐ)证明(míng)大量的(de)无人(rén)机(jī)可(kě)以在拥挤(jǐ)的(de)空域安全地共存(cún)。

3)美国航天局(NASA)同空间技术公(gōng)司Exelis已经联(lián)手组成团队开发无人机(jī)空中交通管制系统的原型产品(pǐn)。

4)位于美国西雅图的(de)Transtrex公司,发布了测试版本的无人机动态地理空(kōng)间限制系统软(ruǎn)件。该系统(tǒng)是为了确保无人机在500英尺高度下,安全(quán)规范(fàn)飞行而设计的。

5)在第三届AOPAAircraft Owners and Pilots Association,航(háng)空器拥有者及驾驶(shǐ)员协会)国(guó)际飞(fēi)行训练展会(huì)上,中国AOPA联合多家企业开发的针对轻小(xiǎo)无人机的“U Cloud”无人机监管系统(tǒng)宣布上线。(源自:无人机系统标准化)

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