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【盘点】无人机核心技术解析

2016-09-30 09:43:12

[导读] 随着无人机的功能不断增加,各种科技手段在新型无人机技术及解决方案中应用越来越多。小到USB接口,大到开源系统都成了无人机设备研发不可或缺的一部分。

随着无人机的功能不断增加,各种科技手段在新型无人机技术及解决方案中应用越来越多。小到USB接口,大到开源系统都成了无人机设备研发不可或缺的一部分。

随着移动终端的兴起,芯片、电池、惯性传感器、通讯芯片等产业链迅速成熟,无人机的智能化进程向更加小型化、低功耗的设备迈进。那么,当下无人机设备研发究竟需要哪些技术支撑?小编来为诸位盘点一番。

 

动力技术

续航能力是目前制约无人机发展的重大障碍,消费级多旋翼续航时间基本在20min左右,用户外出飞行不得不携带多块电池备用,造成使用作业的极大不便。无人机必须在动力方面实现突破才能走上新的革命性高度。

锂电池:大多数无人机都安装了锂电池,但效果只能维持20分钟左右,且需要经常拆卸、更换电池,十分耗时费力。针对这一现象,研究人员又探索了两种全新的动力来源,极大地提高了无人机的效率。

氢燃料电池:氢燃料电池代替锂电池,可以支持无人机连续运转两个小时,并且充电十分迅速;

激光发射器:激光发射器为无人机供电,从地面发射的激光光束被机身上的接收器转化成动力,几乎可以支持无人机一直工作。

太阳能发电:利用太阳能发电的无人机通常同时安装了锂电池和太阳能电池,有阳光时就可利用太阳能提供飞行动力,锂电池则作为备用电池。

内燃机发电:用内燃机发电可支持无人机以100千米每小时的速度飞行1小时,但噪音大且存在安全隐患,因为无人机内有可燃气体。

混合动力:2015年,美国初创公司TopFlightTechnologies报道自己开发混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,约160公里的距离,最高负重达约9公斤。

地面供电:采用地面供电的系留多旋翼,通过电缆将电能源源不断输送给多旋翼,可以极大提升多旋翼的滞空时间。

无线充电:来自德国柏林的初创公司SkySense在无人机户外充电方面提供了一种解决方案:研发出一块可以为无人机进行无线充电的平板。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飞行。

导航技术

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

定位技术:分为GPS载波相位定位、多信息源定位、UWB(UltraWideband,超宽带)无线定位三种。

测速技术:目前公认的比较精确的测速方案是通过“视觉(光流)超声波惯导”的融合。AR.Drone是最早采用该项技术的多旋翼飞行器,极大提升了飞行器的可操控性,获得了巨大的成功。

避障技术:分为深度相机避障技术、声呐系统避障技术、“视觉忆阻器”避障技术、双目视觉避障技术、小型电子扫描雷达、激光扫描测距雷达、四维雷达等几种。

跟踪技术:识别目标并进行跟踪飞行,减轻使用者的操作负担,并能够利用无人机执行特殊环境条件下的特殊任务。主要有GPS跟踪和视觉跟踪两种。

接口技术

PWM:所有航模和无人机都离不开这种接口。单线信号,周期发送正脉冲,变化脉宽作为传递信息的方式,一个针脚传递一个通道,往往搭配地线和电源线可控制一个舵机或一个电调,是无人机或航模入门第一个需要了解的接口。

PPM:PWM的升级版,每个信号周期变为发送一组多个脉宽的组合,来同时传递多个通道的变化信息。早期也被用于遥控器无线电信号和航模模拟器信号,现在多用于接收机与飞控连接,带有PPM信号输出的接收机很多,是无人机入门必配。

S.BUS:日本遥控器厂商FUTABA设计的用单通道数字信号传输多通道信息的协议,只有一个信号针脚和一个基准地线,支持HUB扩展多个舵机和电调连接在一个信号源上,所以S.BUS其实是一种总线。

Relay:其实就是数字IO信号,只有0和1两种状态,存在于飞控某些针脚用于自动控制相机快门和农药喷头。优点是可靠,缺点是信息量极小,浪费资源且没有校验等功能。

串口:是目前控制领域最常见的设备接口,硬件形式有TTL,232,422,485几种,TTL是基本信号。

SDIO:用于连接SD卡或TF卡,进行飞行数据记录。由于TF卡应用普遍,成本较低,容量速度都令人满意,所以渐渐成为高级飞控必备设备,用于飞行记录,事故分析,故障诊断等等。

USB:民用总线接口,可以通过HUB连接多个设备,可以说是一种完美接口。但是其协议过于复杂,编程工作量极大,接口连接形式容易导致问题,必须使用专用线材,且不能超过2米。在飞控上主要用来地面进行调试,读写参数等等地面操作。

交互技术

无人机目前主要通过遥控器进行飞行控制,需要专业训练,具有一定的局限性。随着新技术的发展,无人机应简化对操作人员的要求,提升用户体验。分为手势控制技术和脑机接口技术两种。

通讯技术

4G/5G通讯技术:5G的速度比现在的LTE网络标准连接速度快250倍,它标志着无线行业的一个新的里程碑。无论是智能手机,还是汽车、医疗设备、无人机和其他设备,都将受益于这一无线连接速度。

Wifi通讯技术:这种设备很适合无人机航拍图传或光纤布放不方便的农村地区应用。

芯片技术

目前,包括IBM在内的多家科技公司都在模拟大脑,开发神经元芯片。而一旦类似芯片被应用于无人机,自主反应、自动识别有望会变得轻而易举。

平台技术

“DroneCODe”的无人机开源系统:2014年10月,著名开源基金会Linux推出了名为“Dronecode”的无人机开源系统合作项目,将3DRoboTIcs、英特尔、高通、百度等科技巨头纳入项目组,旨在为无人机开发者提供所需要的资源、工具和技术支持,加快无人机机器人领域的发展。

Ubuntu15.04操作系统:Ubuntu15.04的物联网版本是Ubuntu目前最小且最安全的版本,非常地精简,适合发行家、科技专业人士与开发者使用,能够在无人机等领域中使用。

空管技术

初创公司SkyWard正在研发一个无人机交通控制系统,这个系统将让数千无人机在城市上空飞行而不会互相碰撞。Skyward正在跟FAA和全球三大无人机制造商——国内的大疆、美国的3DRoboTIcs和法国的Parrot——合作以证明大量的无人机可以在拥挤的空域安全地共存。位于美国西雅图的Transtrex公司,发布了测试版本的无人机动态地理空间限制系统软件。该系统是为了确保无人机在500英尺高度下,安全规范飞行而设计的。

[整理编辑:中国测控网]
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