为什么商用无人机能自主飞行？其遥感技术的演变是什么？

天际线

本次文章主要来讨论一下，无人机自主飞行的遥感技术，在军事、预警、巡查、测绘中都有使用。无人机技术以遥感技术为核心，无人机最早诞生于美国，近些年才在中国广泛使用，无人机使用规模和技术都随着时代的发展产生着巨大的变革，做好无人机技术应用研究有助于提高人机的设计水平，有利于提高高科技的利用率，提高各领域的工作效率和监测效果。无人机由于机动性以及灵活性强等优势，倍受各领域的欢迎，无人机也从单纯的地面遥控技术发展到远程计算机操作水平，这是无人机技术的飞跃。也因这一重大转变，其机载电脑使得无人机能够完成自主飞行并且完成任务。

图1 无人机地面站观测

无人机技术又可之为无人机遥感技术，这是一种共同控制技术，包括无人驾驶飞行技术、遥感技术、通信技术以及定位技术结合体。无人机技术由于具有自动化、智能化的特点，被广泛应用于电视、农业、军事、地理等领域。目前，无人机遥感技术在全球范围内得到了广泛的应用，也是世界研究的重点技术，也是未来无线遥感技术的研究与发展方向。无人机技术的更新十分方便，软件升级只要通过联网就可以完成，无人机由于体积较小、部件模块化，维修与维护也相对简便，因此，成为多个行业的首选操作技术，为工程测绘、农业土地布局、航拍、军事探测提供大量的监测信息和数据，为我国有关部门制定一系列政策和规范提供有效的依据和参考。

图2 四旋翼航拍遥控无人机

接下来我重点讲解一下四旋翼无人机的遥感技术（对受控对象进行远距离控制和监测的技术）演变：
第一个阶段——四旋翼无人机一开始是使用相应的机载遥感设备，如高分辨率CCD数码相机、轻型光学相机、多光谱成像仪、红外扫描仪，激光扫描仪、磁测仪、合成孔径雷达等。使用的遥感传感器应具备数字化、体积小、重量轻、精度高、存储量大、性能优异等特点。再结合遥控器设备，一般是接收器和遥控器，完成对于无人机的控制和无人机返还的图像及数据显示。
因此最简单的，具有遥感功能的四旋翼无人机一般需要（1）遥控器+接收器（2）四旋翼无人机机架（3）雷达设备（4）相机设备（5）地面站电脑设备（6）GPS定位设备。其中（3）可以不用，如果有SLAM构图或者探测需求，后期也可以增加其功能。对于以上的硬件设备来看，很明显无人机的飞行区域受限制（由于遥控器和地面站需要跟飞机保持一定距离），并且其信号数据（视频流）的传输有很大的要求。
第二个阶段——遥感技术在科技进步中得以演变，人们开始尝试给四旋翼无人机配备自动驾驶仪，不需要操作人员手动控制，仅需要在地面控制站上下达指令。市面上比较多的自动驾驶仪有PIXHAWK板。可以让无人机不仅通过遥控完成指令还可以用地面站发送程序代码进行操控，到这里无人机的遥感技术已经有比较大的提升，包括其使用的范围和稳定性。很大程度上解决了无人机的下位机系统，使得无人机的基本控制（上下前后左右的飞行、GPS的定位）成为模块化，让人们有充足的精力来处理无人机采集的上位机数据，因此四旋翼无人机迎来了重大变革，是引入了机载电脑（上位机处理器），完全解放无人机启动后遥感技术方面的人为控制。

图3 PIXHAWK自动驾驶仪

第三个阶段——根据我的项目实验过程，一般上位机采用英伟达、谷歌等系列的控制板，那么将遥感技术所涉及到的软硬件都放在其控制器上，大大增加遥感数据的可靠性和快速性，达到了传感器扫描→有线传输至上位机→数据直接处理并保存，这么一个运行模式。有上位机后，我们在上面安装WIFI模块（例如Wifi - ac 8265 W/Bt (Intel 8265NGW)），远程编写代码，可以结合大量的人工智能相关的知识，采集数据后进行机器学习或神经网络训练，也可以在上面直接通过遥感传回的数据进行构图和分析，为下位机提供导航数据。这一阶段其上位机像大脑一样，统领整个无人机在空中飞行，并控制、记录、纠正其飞行，根据自身代码“智能”处理当下所面对的问题，因此完全解放人为地控制。
欢迎大家的讨论！有问题在下方留言，我会尽力解答或者改进！关注我，不定期会写有关无人机相关硬核技术，而不是泛泛而谈。

图4 常见的无人机上位机处理器