無人機關鍵技術及發展趨勢

來源：中國財經時報網、無人機聯盟、軍民融合科技創新資訊平臺

無人機是無人駕駛飛機的簡稱(Unmanned Aerial Vehicle)，是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置的不載人飛機，包括無人直升機、固定翼機、多旋翼飛行器、無人飛艇、無人傘翼機。廣義地看也包括臨近空間飛行器(20-100公裡空域)，如平流層飛艇、高空氣球、太陽能無人機等。從某種角度來看，無人機可以在無人駕駛的條件下完成複雜空中飛行任務和各種負載任務，可以被看做是「空中機器人」。其中飛控系統、導航系統、動力系統、通鏈路均是無人機系統的核心技術，是現階段無人機廠商獲取核心競爭力的因素。下面我們重點介紹下四大系統的作用和發展趨勢。

 

飛控系統是無人機的「駕駛員」；更精確、更清晰

飛控子系統是無人機完成起飛、空中飛行、執行任務和返場回收等整個飛行過程的核心系統，飛控對於無人機相當於駕駛員對於有人機的作用，是無人機最核心的技術之一。飛控一般包括傳感器、機載計算機和伺服作動設備三大部分，實現的功能主要有無人機姿態穩定和控制、無人機任務設備管理和應急控制三大類。

其中機體大量裝配的各種傳感器(包括角速率、姿態、位置、加速度、高度和空速等)是飛控系統的基礎，是保證飛機控制精度的關鍵。在不同飛行環境下，不同用途的無人機對傳感器的配置要求也不同。未來對無人機態勢感知、戰場上識別敵我、防區外交戰能力等方面的需求，要求無人機傳感器具有更高的探測精度、更高的解析度，因此國內外無人機傳感器中大量應用了超光譜成像、合成孔徑雷達、超高頻穿透等新技術。

導航系統是無人機的「眼睛」;多技術融合是發展方向

導航系統向無人機提供參考坐標系的位置、速度、飛行姿態，引導無人機按照指定航線飛行，相當於有人機系統中的領航員。無人機載導航系統主要分非自主(GPS等)和自主(慣性制導)兩種，但分別有易受幹擾和誤差積累增大的缺點，而未來無人機的發展要求障礙迴避、物資或武器投放、自動進場著陸等功能，需要高精度、高可靠性、高抗幹擾性能，因此多種導航技術結合的「慣性+多傳感器+GPS+光電導航系統」將是未來發展的方向。

NovAtel OEM7系列GNSS接收機支持全系統全頻點信號接收，實時解算高精度的位置、速度、時間等數據，並與航向傳感器、高度傳感器、陀螺儀、飛行控制器、遙測發射機等信息結合，為無人機飛控系統提供可靠的數據輸入。1 cm+1 ppm 的定位解算精度和0.2 度/ 米基線的測向精度為無人機提供OEM板卡或整機的高精度解決方案，保障無人機的安全平穩飛行。

動力系統;渦輪有望逐步取代活塞，新能源發動機提升續航能力

不同用途的無人機對動力裝置的要求不同，但都希望發動機體積小、成本低、工作可靠：(1)無人機目前廣泛採用的動力裝置為活塞式發動機，但活塞式只適用於低速低空小型無人機;(2)對於一次性使用的靶機、自殺式無人機或飛彈，要求推重比高但壽命可以短(1-2h)，一般使用渦噴式發動機;(3)低空無人直升機一般使用渦軸發動機，高空長航時的大型無人機一般使用渦扇發動機(美國全球鷹重達12t);(4)微型無人機(多旋翼)一般使用電池驅動的電動機，一般起飛質量小於10Kg、續航時間小於一小時。

隨著渦輪發動機推重比、壽命不斷提高、油耗降低，渦輪將取代活塞成為無人機的主力動力機型，太陽能、氫能等新能源電動機也有望為小型無人機提供更持久的生存力。

數據鏈是「放風箏的線」;向高速率高帶寬發展

數據鏈傳輸系統是無人機的重要技術之一，負責完成對無人機遙控、遙測、跟蹤定位和傳感器傳輸，上行數據鏈實現對無人機遙控、下行數據鏈執行遙測、數據傳輸功能。普通無人機大多採用定製視距數據鏈，而中高空、長航時無人機則都會採用視距和超視距衛通數據鏈。

現代數據鏈技術的發展推動著無人機數據鏈向著高速、寬帶、保密、抗幹擾的方向發展，無人機實用化能力將越來越強。隨著機載傳感器、定位的精準程度和執行任務的複雜程度不斷上升，對數據鏈的帶寬提出了很強的要求，未來隨著機載高速處理器的突飛猛進，預計幾年後現有射頻數據鏈的傳輸速率將翻倍，未來在全天候要求低的領域可能還將出現雷射通訊方式。