好文|无人机技术说透了关键就这七大点

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Lee_ 发布于:周日, 02/05/2017 - 14:28 ,关键词:

无人驾驶飞机简称“无人机”,英文缩写为“UAV”,是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞行器。

当前,无人机的市场规模正在以一种不可思议的速度扩增,创业者们如同鸟群一样纷纷进场,行业竞争日趋白热化。然而,无人机现在可能并不是一门好做的生意,短期内,无人机企业大多数看重的是供应链整合、营销。但长远来看,还是技术为王。

无人机市场蓝海虽大,分一杯羹却并不容易。下面,就为大家介绍几款无人机及未来无人机技术突破点,还有一些无人机SOC系统。

零度智控:口袋无人机DOBBY

DOBBY口袋无人机是零度智控的首款消费级产品,这款小型智能无人机的问世意味着今后用户可以实现将无人机随身装在口袋里,想拍摄的时候拿出来随时可以放飞。

有关评论指出,DOBBY实际上做了两件重要的事,其一是变小,让无人机随身携带成为可能;其二是智能化,它带来的结果是通过简单的操作就能完成高难度的拍摄。除了这一基本用途外,它还能实现对人或物体的一键智能追踪拍摄,以及专业摄影师借助云梯才能实现的一键拉高拉远视频录制,堪称小型随身摄影师。

Aerix:号称世上最小的VR无人机

目前市面上已有不少厂家将无人机与VR结合在一起,但比巴掌还小,能在室内窜的微型版VR无人机你见过吗?Aerix就是一家专注微型无人机市场的公司,该公司曾发布微型竞速无人机BlackTalon获得不少好评,但BlackTalon当时采用的是LCD显示器。如今Aerix灵机一动,将VR设备加入微型无人机显然带来了新的思路。

这款号称世上最小的高清VR无人机机身规格仅为4.3x4.3x2.5厘米,最远飞行距离可以达到30米,还能进行360度旋转,还可以将录制的视频传输到配套的Aerix虚拟现实头戴设备上。并且用户完全不必担心无人机坠毁或者打破室内的东西,它们非常小,不会造成任何伤害。

Parrot:可射击迷你家庭无人机

法国无人机厂牌Parrot近日发布了新型玩具无人机Mambo。据悉,该无人机不但可装上机械爪钳来夹取物件,还可加装炮塔发射弹珠,为无人机衍生出更有趣的玩法。两款组件任意搭配

ParrotMambo的机身净重为63克,550毫安电池续航时间7-9分钟,另外搭配加速度计、陀螺仪、压力传感器(海拔无人机控制)或超声(飞行高度分析)和一个VGA摄像头。可执行多方位翻转打圈的特技飞行动作,易于操纵,小巧的机身适合儿童进行对抗游戏。

那无人机要想实现突破,关键技术点在哪?

一、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。

1.新型电池
2015年,来自加拿大蒙特利尔的EnergyOr技术有限公司报道采用燃料电池的四旋翼进行了3小时43分钟续航飞行。此外,石墨烯、铝空气电池、纳米电池这三项电池技术有望成为未来电池世界的希望。人们对这些新的电池技术有着十分迫切的需求。它们将首先会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
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。另外,一家来自德国的公司AirsTIer推出了一款多旋翼。该多旋翼采用油电混合动力,有效载荷5公斤,可飞行1个小时。

3.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。比如:以色列公司Skysapience旋翼。

4.无线充电
无线充电技术已经在手机、电动牙刷等电子产品上实现市场化,并正在电动汽车领域开展深入应用。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。SkySense的最大特点是可以进行远程控制,无人机的降落—充电—起飞全过程可以独立实现,不需要有人在现场进行干预和辅助。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。

二、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。

1.定位技术

(1)GPS载波相位定位
目前正在这方面开展研究的项目有:SwiftNavigaTIon公司开发的Piksi;日本东京海洋大学开发的RTKLIB开源项目。

(2)多信息源定位
英国军方BAE最近公布了他们研发的名为NAVSOP的定位技术。该技术将利用包括TV、收音机、Wi-Fi等等信息定位,弥补GPS的不足。

(3)UWB(UltraWideband,超宽带)无线定位

2.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。

PX4自驾仪开源项目提供了开源的光流传感器PX4Flow。该传感器可以帮助多旋翼在无GPS情况下精确悬停。大疆公司推出的“悟”和“Phantom3”、“Phantom4”同样采用了该项技术。

3.避障技术
让飞行中的无人机“长眼镜”,能够识别飞行路径上的障碍物,并准确绕飞或悬停,是实现无人机智能化的重要一步。未来无人机避障技术将在这些方面实现突破:
(1)深度相机避障技术;
(2)声呐系统避障技术;
(3)“视觉+忆阻器”避障技术;
(4)双目视觉避障技术;
(5)小型电子扫描雷达;
(6)激光扫描测距雷达;
(7)四维雷达。

4.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。智能跟踪主要有:

(1)GPS跟踪;
(2)视觉跟踪。

目前在大疆Phantom4等先进机型上这些技术都已经有所体现。

三、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。

(1)手势控制技术
手势交互是一种未来人机交互的趋势,目前在精确度上存在挑战。在CES2014的展场上,有利用MYO手势控制臂带来控制AR.Drone2.0四旋翼的演示。

(2)脑机接口技术

近年来,科研人员在多个领域都运用到了BCI(BrainComputerInterface,脑机接口技术)技术,科员人员运用该技术制作新型玩具、为残疾人制作义肢。作为需要安全性较高的飞行器,这种方式目前还不成熟。它可作为一种验证性质的技术展示,离实际还有不少距离。

四、通讯技术

(1)4G/5G通讯技术
2013年6月17日,北京4G联盟联合无人机联盟组织召开了4G联盟与无人机联盟交流研讨会,旨在加强北京4G联盟和无人机联盟之间技术交流,寻找无人机机载载荷与4G设备仪器的聚焦,促进北京市信息产业发展。2015年,中国移动开发4G“超级空战队”设备,能支持航拍影像即拍即传。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。

(2)Wifi通讯技术
2013年,德国的卡尔斯鲁厄理工学院开发出了一项新的无线广域网技术,打破了最快的WiFi网络速度纪录,它可以让1公里以外的用户每秒钟下载40GB。由于这种设备的传输距离比普通WiFi路由器的覆盖范围要广得多,因此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。

五、芯片技术

(1)2014年CES上,高通和英特尔展示了功能更为丰富的多轴飞行器。例如,高通CES上展示的Snapdragon Cargo无人机是基于高通Snapdragon芯片开发出来的飞行控制器,它有无线通信、传感器集成和空间定位等功能。2015年9月,据美国科技新闻网站Engadget报道,高通已经为无人机市场推出了一个芯片解决方案,名为“骁龙飞行平台”。

英特尔CEOBrianKrzanich也亲自在CES上演示了他们的无人机,采用了四核的英特尔凌动(Atom)处理器的PCI-express定制卡。此外,活跃在在机器人市场的欧洲处理器厂商XMOS也表示已经进入到无人机领域。

(2)3DR发表声明与Intel英特尔共同合作开发Edison芯片,这是一种新型微型处理芯片。它只有一个硬币的大小,却具有个人电脑一样的处理能力。

(3)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。

六、平台技术

(1)“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,加快无人机和机器人领域的发展。

(2)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。

(3)Airware发布企业级无人机系统
Airware公司旨在通过标准化的无人机软件系统,帮助企业迅速、高效地完成商用无人飞行器的部署及管理——该系统已于本周四正式发布,通过硬件和软件的结合,Airware成功实现了在一个软件平台上统一管理多个不同型号、不同品牌无人机的目标。目前,Airware产品已获得两家合作伙伴的采纳,分别为通用电气(也同时是Airware的投资者)和Infinigy。Infinigy是一家通讯公司。

七、空管技术

(1)2014年,Airware计划在NASA加州基地针对不同类型的无人机(四旋翼、直升机、固定翼飞机)展开一系列的飞行和实验室测试。
(2)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。
(3)美国航天局(NASA)同空间技术公司Exelis已经联手组成团队开发无人机空中交通管制系统的原型产品。
(4)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。
(5)在第三届AOPA(AircraftOwnersandPilotsAssociation,航空器拥有者及驾驶员协会)国际飞行训练展会上,中国AOPA联合多家企业开发的针对轻小无人机的“UCloud”无人机监管系统宣布上线。

最后介绍几种无人机SOC系统

高通骁龙Flight
骁龙Flight是一块高度优化的58x40mm开发板,专门针对消费级无人机和机器人应用而设计。骁龙Flight包含一颗骁龙801SoC(由四颗主频为2.26GHz的核心组成),支持GPS、4K视频拍摄、强劲的连接性以及先进的无人机软件和开发工具,双通道Wi-Fi和蓝牙模块,支持实时飞行控制系统,拥有全球导航卫星系统(GNSS)接收器,支持4K视频处理,支持快速充电技术,而这一切全被整合在一张名片大小的主板上。带来了最前沿的移动技术以打造全新级别的消费级无人机。

2016年采用高通芯片平台的无人机可能会越来越多,这种一体化的芯片平台,也会大大加快无人机的研发和制造。据报道,高通已经推出了这样的芯片配套方案,名为“骁龙飞行平台”,整合了无人机飞行和工作需要用到的处理器、通信芯片、飞行控制芯片以及高空摄像芯片。这一平台甚至可以支持超高清视频的拍摄。

英特尔凌动(Atom)
英特尔展示了采用英特尔实感技术的YuneecTyphoonH,内置了高达6个英特尔的“RealSense”3D摄像头,采用了四核的英特尔凌动(Atom)处理器的PCI-express定制卡,来处理距离远近与传感器的实时信息,以及如何避免近距离的障碍物。至于远距离的3D摄像头,Intel使用“主动立体成像原理”,它模仿了人眼的“视差”原理,通过打出一束红外光,以左红外传感器和右红外传感器追踪这束光的位置,然后用三角定位原理来计算出3D图像中的“深度”信息。

三星Artik5
三星在无人机产品线上推出了Artik5芯片,搭载1GHzARM双核ARMCortex-A7处理器(Mali400MP2GPU),搭配的是512MBLPDDR3内存以及4GeMMc闪存。支持Wi-Fi、低功耗蓝牙,支持802.11b/g/n。此外,该芯片还能对解码H.264等格式720p30fps的视频进行解码,并提供了TrustZone。

国产联芯LC1860
值得一提的是国产芯片联芯LC1860,目前已经被包括大疆精灵4、零度智控1代采用。LC1860支持LTE-TDD/LTE-FDD/TD-SCDMA/WCDMA/GGE五模,集成4+1个CortexA71.5GHzCPU、双核GPUMaliT628、Trustzone安全架构等特写。LC1860于2014年第三季度正式上市,是国内首颗面向公开市场商用的28nm4GSoC芯片。发布短短一年时间,出货量就已经超过千万,产品稳定性经过了市场检验。这个平台最大的优势是SDR软件无线电,可以自定义和修改无线电频段。采用SDR自定义无线电频段,可以获得比主流的2.4GWIFI更远的传输距离。

RK3288
rockchip高清无人航拍一体机解决方案。这个方案采用RK3288芯片,其特点是没有搭载云台,而通过超强防抖高清航拍稳像技术实现图像稳定。基于陀螺仪角度及位移校正并采用优化的运动矢量估计与提取算法,提升相机影像清晰度,可一定程度取代传统机械云台。可实现13M的Camera数据采集,输出1080P30fps本地高清以及480P30fps的远程传输双通道稳像码流。

来源:电子发烧友

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