無(wú)人機知識普及：從技術(shù)到政策，想知道的都在這里

一、無(wú)人機是什么

無(wú)人機是無(wú)人駕駛飛機的簡(jiǎn)稱(chēng)（Unmanned Aerial Vehicle），是利用無(wú)線(xiàn)電遙控設備和自備的程序控制裝置的不載人飛機，包括無(wú)人直升機、固定翼機、多旋翼飛行器、無(wú)人飛艇、無(wú)人傘翼機。廣義地看也包括臨近空間飛行器（20-100 公里空域），如平流層飛艇、高空氣球、太陽(yáng)能無(wú)人機等。從某種角度來(lái)看，無(wú)人機可以在無(wú)人駕駛的條件下完成復雜空中飛行任務(wù)和各種負載任務(wù)，可以被看做是“空中機器人”。

按照不同平臺構型來(lái)分類(lèi)，無(wú)人機可主要有固定翼無(wú)人機、無(wú)人直升機和多旋翼無(wú)人機三大平臺，其它小種類(lèi)無(wú)人機平臺還包括傘翼無(wú)人機、撲翼無(wú)人機和無(wú)人飛船等。固定翼無(wú)人機是軍用和多數民用無(wú)人機的主流平臺，最大特點(diǎn)是飛行速度較快；無(wú)人直升機是靈活性最強的無(wú)人機平臺，可以原地垂直起飛和懸停；多旋翼（多軸）無(wú)人機是消費級和部分民用用途的首選平臺，靈活性介于固定翼和直升機中間（起降需要推力），但操縱簡(jiǎn)單、成本較低。

按不同使用領(lǐng)域來(lái)劃分，無(wú)人機可分為軍用、民用和消費級三大類(lèi)，對于無(wú)人機的性能要求各有偏重：1）軍用無(wú)人機對于靈敏度、飛行高度速度、智能化等有著(zhù)更高的要求，是技術(shù)水平最高的無(wú)人機，包括偵察、誘餌、電子對抗、通信中繼、靶機和無(wú)人戰斗機等機型；

2）民用無(wú)人機一般對于速度、升限和航程等要求都較低，但對于人員操作培訓、綜合成本有較高的要求，因此需要形成成熟的產(chǎn)業(yè)鏈提供盡可能低廉的零部件和支持服務(wù)，目前來(lái)看民用無(wú)人機最大的市場(chǎng)在于政府公共服務(wù)的提供，如警用、消防、氣象等，占到總需求的約 70%，而我們認為未來(lái)無(wú)人機潛力最大的市場(chǎng)可能就在民用，新增市場(chǎng)需求可能出現在農業(yè)植保、貨物速度、空中無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )、數據獲取等領(lǐng)域；

3）消費級無(wú)人機一般采用成本較低的多旋翼平臺，用于航拍、游戲等休閑用途。

（圖 ：世界民用無(wú)人機使用領(lǐng)域構成）

二、無(wú)人機技術(shù)難點(diǎn)

1、飛控系統是無(wú)人機的“駕駛員” - 更精確、更清晰

飛控子系統是無(wú)人機完成起飛、空中飛行、執行任務(wù)和返場(chǎng)回收等整個(gè)飛行過(guò)程的核心系統，飛控對于無(wú)人機相當于駕駛員對于有人機的作用，我們認為是無(wú)人機最核心的技術(shù)之一。飛控一般包括傳感器、機載計算機和伺服作動(dòng)設備三大部分，實(shí)現的功能主要有無(wú)人機姿態(tài)穩定和控制、無(wú)人機任務(wù)設備管理和應急控制三大類(lèi)。

其中，機身大量裝配的各種傳感器（包括角速率、姿態(tài)、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(guān)鍵，在不同飛行環(huán)境下、不同用途的無(wú)人機對傳感器的配置要求也不同。未來(lái)對無(wú)人機態(tài)勢感知、戰場(chǎng)上識別敵我、防區外交戰能力等方面的需求，要求無(wú)人機傳感器具有更高的探測精度、更高的分辨率，因此國外無(wú)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(shù)。

2、導航系統是無(wú)人機的“眼睛”，多技術(shù)結合是未來(lái)方向

導航系統向無(wú)人機提供參考坐標系的位置、速度、飛行姿態(tài)，引導無(wú)人機按照指定航線(xiàn)飛行，相當于有人機系統中的領(lǐng)航員。無(wú)人機載導航系統主要分非自主（GPS 等）和自主（慣性制導）兩種，但分別有易受干擾和誤差積累增大的缺點(diǎn)，而未來(lái)無(wú)人機的發(fā)展要求障礙回避、物資或武器投放、自動(dòng)進(jìn)場(chǎng)著(zhù)陸等功能，需要高精度、高可靠性、高抗干擾性能，因此多種導航技術(shù)結合的“慣性 + 多傳感器 +GPS+ 光電導航系統”將是未來(lái)發(fā)展的方向。

3、動(dòng)力系統 - 渦輪有望逐步取代活塞，新能源發(fā)動(dòng)機提升續航能力

不同用途的無(wú)人機對動(dòng)力裝置的要求不同，但都希望發(fā)動(dòng)機體積小、成本低、工作可靠：1）無(wú)人機目前廣泛采用的動(dòng)力裝置為活塞式發(fā)動(dòng)機，但活塞式只適用于低速低空小型無(wú)人機；2）對于一次性使用的靶機、自殺式無(wú)人機或導彈，要求推重比高但壽命可以短（1-2h），一般使用渦噴式發(fā)動(dòng)機；3）低空無(wú)人直升機一般使用渦軸發(fā)動(dòng)機，高空長(cháng)航時(shí)的大型無(wú)人機一般使用渦扇發(fā)動(dòng)機（美國全球鷹重達 12t）；4）消費級微型無(wú)人機（多旋翼）一般使用電池驅動(dòng)的電動(dòng)機，起飛質(zhì)量不到 100 克、續航時(shí)間小于一小時(shí)。

往前看，我們認為隨著(zhù)渦輪發(fā)動(dòng)機推重比、壽命不斷提高、油耗降低，渦輪將取代活塞成為無(wú)人機的主力動(dòng)力機型，太陽(yáng)能、氫能等新能源電動(dòng)機也有望為小型無(wú)人機提供更持久的生存力。

4、數據鏈是“放風(fēng)箏的線(xiàn)” – 從獨立專(zhuān)用系統向全球信息格柵（GIG）過(guò)渡

數據鏈傳輸系統是無(wú)人機的重要技術(shù)組成，負責完成對無(wú)人機遙控、遙測、跟蹤定位和傳感器傳輸，上行數據鏈實(shí)現對無(wú)人機遙控、下行數據鏈執行遙測、數據傳輸功能。普通無(wú)人機大多采用定制視距數據鏈，而中高空、長(cháng)航時(shí)無(wú)人機則都會(huì )采用視距和超視距衛通數據鏈。

現代數據鏈技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)者無(wú)人機數據鏈向著(zhù)高速、寬帶、保密、抗干擾的方向發(fā)展，無(wú)人機實(shí)用化能力將越來(lái)越強。往前看，隨著(zhù)機載傳感器、定位的精細程度和執行任務(wù)的復雜程度不斷上升，對數據鏈的貸款提出了很強的要求，未來(lái)隨著(zhù)機載高速處理器的突飛猛進(jìn)，預計幾年后現有射頻數據鏈的傳輸速率將翻倍，未來(lái)在全天候要求低的領(lǐng)域可能還將出現激光通訊方式。

從美國制定的無(wú)人機通信網(wǎng)絡(luò )發(fā)展戰略上看，數據鏈系統從最初 IP 化的傳輸、多機互連網(wǎng)絡(luò )，正在向衛星網(wǎng)絡(luò )轉換傳輸，以及最終的完全全球信息格柵（GIG）配置過(guò)渡，為授權用戶(hù)提供無(wú)縫全球信息資源交互能力，既支持固定用戶(hù)、又支持移動(dòng)用戶(hù)。

三、無(wú)人機發(fā)展緣起

1、軍用技術(shù)溢出，成本下降引爆民用市場(chǎng)

戰爭是無(wú)人機發(fā)展的頭號牽引力，20 世紀末經(jīng)歷三大技術(shù)發(fā)展浪潮
毫無(wú)疑問(wèn)，無(wú)人機發(fā)展的初期是為了純粹的軍事用途：一戰時(shí)期英國研制的世界第一款無(wú)人機被定義為“會(huì )飛的炸彈”，二戰時(shí)期德軍已經(jīng)開(kāi)始大量應用無(wú)人駕駛轟炸機參戰；二戰后無(wú)人機研發(fā)的中心出現在美國和以色列，用途延伸至戰地偵察和情報搜集，無(wú)人機被派往朝鮮、越南和海灣戰場(chǎng)協(xié)助美軍和以色列軍隊作戰。正是由于無(wú)人機在偵查方面低成本、控制靈活、持續時(shí)間長(cháng)的天然優(yōu)勢，各國軍隊相繼投入大量經(jīng)費研發(fā)無(wú)人機系統。

無(wú)人機技術(shù)在 20 世紀末經(jīng)歷了三次發(fā)展浪潮、真正進(jìn)入了第一個(gè)“黃金時(shí)代”：1）1990 年后，全球共有 30 多個(gè)國家裝備了師級（大型）戰術(shù)無(wú)人機系統，代表機型有美國“獵人”、“先驅者”，以色列“偵察兵”、“先鋒”等；2）1993 年后，中高空長(cháng)航時(shí)軍用無(wú)人機得到迅速發(fā)展，以美國“蒂爾”無(wú)人機發(fā)展計劃為代表，在波黑戰爭中大放異彩；3）20 世紀末，旅團級（中小型）固定翼和旋翼戰術(shù)無(wú)人機系統出現，其體積小、價(jià)格更低、機動(dòng)性好，標志著(zhù)無(wú)人機進(jìn)入大規模應用時(shí)代。