无人机未来发展与技术突破

1、无人机未来发展与技术突破作者：甘芳韦国期 颜志新来源：中国新通信2018年第23期一、无人机未来发展三大方向1.1隐身化无人机在隐形研制上运用了许多先进的技术：一是采用限制红外光反射技术，在机身表面 涂上能够吸收红外光的特制油漆并在发动机燃料中注入防红外辐射的化学制剂。二是采用复合 材料、雷达吸波材料和低噪声发动机。三是充电表面涂层采用具有变色特性的材料。四是以缩 小机身表面缝隙的方法来减少雷达反射面。从而使无人机具有蓝天与大地的双变色性能。另外， 向微型化方向发展，也是提高无人机隐身性能的方法。1.2智能化目前，无人机的作战行动大多采用操作人员遥控的方式，这样既对操作手的控制技能要求 较高，

2、也存在操作手无法准确掌握战场态势的隐患。无人机智能化即无人机不仅能够按照指令 或预先编制的程序来完成预定的作战任务，及时感知威胁目标并做出自主反应，还能对突发 事件做出灵敏的感知。但目前最大的技术难题是：对态势的自动分析处理和对飞行姿态的准确 自动控制以及对目标的准确判断。固要提高无人机的适用范围，则必须提高其自主性。1.3远程化无人机的高生存力和高效的侦察能力使其在高空长航时（HALE）的应用不断得到扩大。美国 “先进材料结构和航空委员会”预测，20000米以上飞行在未来将不受限制。高空长航时大气 层侦察网络的一个重要组成部分将是无人机。因此，各个强国注重提高无人机的航时，进而提 高其遂行持

3、续作战任务的能力。二、无人机技术突破点2.1动力问题无人机续航时间短一直是让研究人员头疼的一个问题。为延长其续航时间，将从以下技术突破：1）新型电池相比于传统电池，对新型电池的一个巨大的挑战是其循环稳定性；为解决这一问题，2018 年，澳大利亚伍伦贡大学超导与电子材料研究所提出的新型电池功能化隔膜发挥了非常重要的 作用。该选择性隔膜打破了五大高效新型电池（锂硫电池、室温钠硫电池、锂有机电池、有机 液流电池和锂空气电池）之间的界限。此外，石墨烯、纳米电池、铝空气电池这三项电池技术 也将被运用到未来的电池世界。这些新的电池技术将首先被应用到手机和电动汽车，随后可配 备于多旋翼。2）混合动力2018

4、年，华科尔公司推出了采用油机发电、电力驱动的方式的新产品QL1200,汽油发电 机能够提供稳定的电力输出给无人机，而电力驱动也成为无人机的动力系统，这种方式能够最 大化将燃油的高能量密度和电动多旋翼稳定、灵活操控的方式结合起来。QL1200轴距长达1.2 米，航程长达72公里，续航时间长达2-3小时，载重能力达3KG，大大扩宽了多旋翼的作业 范围，可以说是无人机行业的一大突破。3）地面供电采用地面供电的系留多旋翼，利用电缆源源不断地把电能输送给多旋翼，可以极大延长多 旋翼的滞空时间。比如：以色列公司Skysapience旋翼。2.2导航技术在无人机的任何发展阶段都需要的是无人机准确地知道自己“

5、在哪儿”、“去哪儿”，也 就是无人机导航技术，其发展如下：1）研制新型惯导系统使组合导航系统精度提高光纤惯导、激光惯导、微固态惯性仪表等多种方式的惯导系统是目前已经研制出的新型惯 导系统。由于现代微机电系统的飞速发展，具有成本低、功耗低、体积小及质量轻的特点的硅 微陀螺和硅加速度计的研制进展迅速。多种类型的高精度惯导装置，组合惯导的精度也会随着先进的精密加工工艺的提升及其关 键理论、技术的突破而随之提高。2）增加组合因子，增强导航稳定性有足够冗余的组合导航因子是未来无人机导航的技术需求，并且其中的一项或者几项因子 突然不能正常工作也不会影响无人机的正常导航需求。3）研发数据融合新技术，稳定组合

6、导航系统性能卡尔曼滤波器是组合导航系统的关键器件，它是各导航系统连接的节点，并进行着数据融 合处理。目前科学家正在探索究新的数据融合技术，例如自适应滤波技术。此外，将神经网络 人工智能、小波变换等各种信息处理方法引入以组合制导为核心的信息融合技术中一旦研制成 功，必将进一步提高组合制导的综合性能。2.3交互能力目前，无人机的飞行控制主要通过专业人员操作遥控器进行，人员需要接受专业训练，具 备一定局限性。随着无人机技术的发展，其操作应得到简化，提升用户体验。2.3.1手势控制技术手势交互将是未来人机交互的趋势，目前在精确度上有挑战。利用MYO手势控制臂来控制 AR.Drone2.0四旋翼的演示已

7、经出现在CES2014的展场上。近年来，在制作新型玩具、为残疾人制作义肢等多个领域都运用了 BCI （BrainComputerInterface，脑机接口技术）技术。由于安全性要求较高，运用这种技术的飞 行器目前还只是作为一种验证性质的技术展示，离实际还有很远距离。2.4通讯技术5G通讯技术2018年4月19日，由中国电信负责的5G无人机首飞实验及无人机巡检业务演示在深 圳举行，该专业无人机测试飞行基于端对端5G网络技术，成功实现了无人机360度全景4K 高清视频的实时5G网络传播。5G通讯是无线行业的一个新的里程碑，它的速度是现在的LTE 网络标准连接速度的250倍。这一无线连接技术也将运

8、用于智能手机，汽车和医疗设备。Wifi通讯技术2016年来自华盛顿大学的科学家研发出了无源WiFi 一种新型的wifi技术。只要极其 微弱的电能，这种无源WiFi设备便能实现传输功能，耗电量仅为传统WiFi设备耗电量的万分 之一。因此在无人机航拍图传或光纤布放不方便的农村地区应用是非常适合的。2.5芯片技术1、2017年美国麻省理工学院的研究人员设计了一种专门用于帮助蜜蜂大小的无人机导航 的微型计算机芯片，目前该芯片在尺寸和功耗方面都进一步缩小。在2018年的VLSI技术和电 路专题讨论会上，他们发表的名为“Navion”的新计算机芯片面积仅为20平方毫米，功耗仅 为24毫瓦，是灯泡供电所需能

9、量的千分之一。为支持不同的摄像机和惯性测量单元（IMU）传感器该芯片还可以根据需求重新配置。2、Edison芯片只有一个硬币的大小，却具有电脑一样的处理能力。其是3DR与Intel英 特尔共同合作开发的一种新型微型处理芯3、目前，国内多家科技公司如：IBM，都在模拟大脑，开发神经元芯片。如果无人机设计 采用该类似芯片，其便可以轻而易举地进行自主反应、自动识别。2.6平台技术2.6.1无人机开源系统2017年，赫星在首届ArduPilot全球无人机开发者大会上与开源无人机研发核心团队深 度探讨了 “无人机飞控硬件发展规划和飞控载板如何定制化”、“在一个新的实时操作系统 ChibiOS上运行Ard

10、uPilot”、“无人机调查任务、实时动态定位技术和视频反馈”等开源无 人机领域的最新研发成果和研发方向。2. 6.2 Ubuntu15.04 操作系统Ubuntu目前最小且最安全的版本是Ubuntu15.04的物联网版本，非常精简，科技专业人 士与开发者在无人机等领域中使用是再适合不过了。Airware公司正式发布了一个无人机系统，旨在通过该软件系统，帮助企业迅速、高效地 完成商用无人飞行器的部署及管理，通过软硬件的结合，Airware成功实现了多个不同型号、 不同品牌无人机在一个软件平台上统一管理的目标。目前，Airware产品已获得通用电气公司 和Infinigy通讯公司的采纳。三、结论随着无人机市场的逐渐兴盛，从设计、研发、制造等技术领域到无人