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1、無人機未來發展與技術突破作者:甘芳韋國期 顏志新來源:中國新通信2018年第23期一、無人機未來發展三大方向1.1隱身化無人機在隱形研制上運用了許多先進的技術:一是采用限制紅外光反射技術,在機身表面 涂上能夠吸收紅外光的特制油漆并在發動機燃料中注入防紅外輻射的化學制劑。二是采用復合 材料、雷達吸波材料和低噪聲發動機。三是充電表面涂層采用具有變色特性的材料。四是以縮 小機身表面縫隙的方法來減少雷達反射面。從而使無人機具有藍天與大地的雙變色性能。另外, 向微型化方向發展,也是提高無人機隱身性能的方法。1.2智能化目前,無人機的作戰行動大多采用操作人員遙控的方式,這樣既對操作手的控制技能要求 較高,

2、也存在操作手無法準確掌握戰場態勢的隱患。無人機智能化即無人機不僅能夠按照指令 或預先編制的程序來完成預定的作戰任務,及時感知威脅目標并做出自主反應,還能對突發 事件做出靈敏的感知。但目前最大的技術難題是:對態勢的自動分析處理和對飛行姿態的準確 自動控制以及對目標的準確判斷。固要提高無人機的適用范圍,則必須提高其自主性。1.3遠程化無人機的高生存力和高效的偵察能力使其在高空長航時(HALE)的應用不斷得到擴大。美國 “先進材料結構和航空委員會”預測,20000米以上飛行在未來將不受限制。高空長航時大氣 層偵察網絡的一個重要組成部分將是無人機。因此,各個強國注重提高無人機的航時,進而提 高其遂行持

3、續作戰任務的能力。二、無人機技術突破點2.1動力問題無人機續航時間短一直是讓研究人員頭疼的一個問題。為延長其續航時間,將從以下技術突破:1)新型電池相比于傳統電池,對新型電池的一個巨大的挑戰是其循環穩定性;為解決這一問題,2018 年,澳大利亞伍倫貢大學超導與電子材料研究所提出的新型電池功能化隔膜發揮了非常重要的 作用。該選擇性隔膜打破了五大高效新型電池(鋰硫電池、室溫鈉硫電池、鋰有機電池、有機 液流電池和鋰空氣電池)之間的界限。此外,石墨烯、納米電池、鋁空氣電池這三項電池技術 也將被運用到未來的電池世界。這些新的電池技術將首先被應用到手機和電動汽車,隨后可配 備于多旋翼。2)混合動力2018

4、年,華科爾公司推出了采用油機發電、電力驅動的方式的新產品QL1200,汽油發電 機能夠提供穩定的電力輸出給無人機,而電力驅動也成為無人機的動力系統,這種方式能夠最 大化將燃油的高能量密度和電動多旋翼穩定、靈活操控的方式結合起來。QL1200軸距長達1.2 米,航程長達72公里,續航時間長達2-3小時,載重能力達3KG,大大擴寬了多旋翼的作業 范圍,可以說是無人機行業的一大突破。3)地面供電采用地面供電的系留多旋翼,利用電纜源源不斷地把電能輸送給多旋翼,可以極大延長多 旋翼的滯空時間。比如:以色列公司Skysapience旋翼。2.2導航技術在無人機的任何發展階段都需要的是無人機準確地知道自己“

5、在哪兒”、“去哪兒”,也 就是無人機導航技術,其發展如下:1)研制新型慣導系統使組合導航系統精度提高光纖慣導、激光慣導、微固態慣性儀表等多種方式的慣導系統是目前已經研制出的新型慣 導系統。由于現代微機電系統的飛速發展,具有成本低、功耗低、體積小及質量輕的特點的硅 微陀螺和硅加速度計的研制進展迅速。多種類型的高精度慣導裝置,組合慣導的精度也會隨著先進的精密加工工藝的提升及其關 鍵理論、技術的突破而隨之提高。2)增加組合因子,增強導航穩定性有足夠冗余的組合導航因子是未來無人機導航的技術需求,并且其中的一項或者幾項因子 突然不能正常工作也不會影響無人機的正常導航需求。3)研發數據融合新技術,穩定組合

6、導航系統性能卡爾曼濾波器是組合導航系統的關鍵器件,它是各導航系統連接的節點,并進行著數據融 合處理。目前科學家正在探索究新的數據融合技術,例如自適應濾波技術。此外,將神經網絡 人工智能、小波變換等各種信息處理方法引入以組合制導為核心的信息融合技術中一旦研制成 功,必將進一步提高組合制導的綜合性能。2.3交互能力目前,無人機的飛行控制主要通過專業人員操作遙控器進行,人員需要接受專業訓練,具 備一定局限性。隨著無人機技術的發展,其操作應得到簡化,提升用戶體驗。2.3.1手勢控制技術手勢交互將是未來人機交互的趨勢,目前在精確度上有挑戰。利用MYO手勢控制臂來控制 AR.Drone2.0四旋翼的演示已

7、經出現在CES2014的展場上。近年來,在制作新型玩具、為殘疾人制作義肢等多個領域都運用了 BCI (BrainComputerInterface,腦機接口技術)技術。由于安全性要求較高,運用這種技術的飛 行器目前還只是作為一種驗證性質的技術展示,離實際還有很遠距離。2.4通訊技術5G通訊技術2018年4月19日,由中國電信負責的5G無人機首飛實驗及無人機巡檢業務演示在深 圳舉行,該專業無人機測試飛行基于端對端5G網絡技術,成功實現了無人機360度全景4K 高清視頻的實時5G網絡傳播。5G通訊是無線行業的一個新的里程碑,它的速度是現在的LTE 網絡標準連接速度的250倍。這一無線連接技術也將運

8、用于智能手機,汽車和醫療設備。Wifi通訊技術2016年來自華盛頓大學的科學家研發出了無源WiFi 一種新型的wifi技術。只要極其 微弱的電能,這種無源WiFi設備便能實現傳輸功能,耗電量僅為傳統WiFi設備耗電量的萬分 之一。因此在無人機航拍圖傳或光纖布放不方便的農村地區應用是非常適合的。2.5芯片技術1、2017年美國麻省理工學院的研究人員設計了一種專門用于幫助蜜蜂大小的無人機導航 的微型計算機芯片,目前該芯片在尺寸和功耗方面都進一步縮小。在2018年的VLSI技術和電 路專題討論會上,他們發表的名為“Navion”的新計算機芯片面積僅為20平方毫米,功耗僅 為24毫瓦,是燈泡供電所需能

9、量的千分之一。為支持不同的攝像機和慣性測量單元(IMU)傳感器該芯片還可以根據需求重新配置。2、Edison芯片只有一個硬幣的大小,卻具有電腦一樣的處理能力。其是3DR與Intel英 特爾共同合作開發的一種新型微型處理芯3、目前,國內多家科技公司如:IBM,都在模擬大腦,開發神經元芯片。如果無人機設計 采用該類似芯片,其便可以輕而易舉地進行自主反應、自動識別。2.6平臺技術2.6.1無人機開源系統2017年,赫星在首屆ArduPilot全球無人機開發者大會上與開源無人機研發核心團隊深 度探討了 “無人機飛控硬件發展規劃和飛控載板如何定制化”、“在一個新的實時操作系統 ChibiOS上運行Ard

10、uPilot”、“無人機調查任務、實時動態定位技術和視頻反饋”等開源無 人機領域的最新研發成果和研發方向。2. 6.2 Ubuntu15.04 操作系統Ubuntu目前最小且最安全的版本是Ubuntu15.04的物聯網版本,非常精簡,科技專業人 士與開發者在無人機等領域中使用是再適合不過了。Airware公司正式發布了一個無人機系統,旨在通過該軟件系統,幫助企業迅速、高效地 完成商用無人飛行器的部署及管理,通過軟硬件的結合,Airware成功實現了多個不同型號、 不同品牌無人機在一個軟件平臺上統一管理的目標。目前,Airware產品已獲得通用電氣公司 和Infinigy通訊公司的采納。三、結論隨著無人機市場的逐漸興盛,從設計、研發、制造等技術領域到無人

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