干货长文——多旋翼无人机所涉及的关键技术发展现状

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时至今日，提起多旋翼无人机，大家也不再陌生，但对于其中所涉及的关键技术目前的发展情况，除了业内人士，大众并不了解，今天我们做了一个长文《多旋翼无人机所涉及的关键技术发展现状》

一、避障技术

对于多旋翼无人机，在飞行过程中，快速且准确地获取自身速度能有效地提高多旋翼控制的稳定性（提高阻尼），从而达到更好的悬停和操控效果，因此测速工作起到了十分重要的作用。比较精确的测速方案是通过“视觉（光流）+超声波+惯导”的融合。它极大地提升了飞行器的可操控性，为了使多旋翼完成更好的飞行，避障技术无疑能够为其提供更加稳定的导航性能

1、深度相机避障技术

它的原理是先对场景投影结构光，然后分析红外传感器接收的反光得到深度信息。微软在2010年推出了深度相机Kinect。然而Kinect体积还是较大，并且在两米之外才能准确地识别用户手势。2014年，芯片厂商英特尔推出RealSense传感器，体积更小，使用距离更短。在2015年CES美国消费 电子展上，英特尔把RealSense技术也应用到了无人机上，以用于感知周围环境，进而自主避障

2、声呐系统避障技术

Panoptes公司拟推出Bumper4避障系统。它由指向多个方向的超声波传感器组成，通过测量多个方向的距离来判断障碍

3、“视觉+忆阻器”避障技术

美国 “Bio Inspired”公司期望利用视觉和忆阻器（具有短期记忆效果的电阻器）使系统具备识别和短期记忆功能，从而使无人机拥有避障的能力

4、双目视觉避障技术

美国的Skydio公司采用两个普通的摄像头充当无人机的“眼睛”并研发出识别障碍软件，从而使多旋翼无人机能够具备识别障碍的能力，进而实现自我导航

5、微小型雷达

Echodyne公司利用一台四轴无人机展示了它的小型电子扫描雷达。它可追踪地面上的某个人，或是在飞行中躲避障碍物，不过目前它仍然处于原型阶段。他们试图将这款雷达的尺寸缩小到只有一台iPhone6 Plus大小，且重量不超过1磅

无人机通常利用被跟踪者身上放置的GPS装置进行定位和跟踪。这种方式会在某种程度上影响用户体验。除此之外，在没有GPS信号的情况下，该方式就会失效。而且，对于非自愿携带GPS设备的用户，该方式也是行不通的。

新的技术完全可以从视觉和雷达角度出发。视觉跟踪技术方面，3D Robotics公司推出开源飞控应用Tower，它能够使飞行器跟随用户，并将用户保持在摄像头中心。OpenCV开源软件也同样有很多跟踪算法供飞行 器开发。此外，采用小型电子扫描雷达也能够实现新式的跟踪模式

二 、交互技术

1、手势控制技术

在CES 2014的展场上，工作人员演示了利用MYO手势控制臂带来控制AR.Drone 2.0四旋翼。用户只要将臂带戴在其中一只手上，并以两只手指击响便可启动并控制该飞行器。智能手机、手环、手表、戒指等内置惯性传感器的设备也可以识别 操作者的手势，用于控制多旋翼

2、脑机接口

它是指在人脑与计算机等外部设备之间建立直接的连接通路。通过对于脑电信息的分析解读，将其进一步转化为相应的动作，就像是在用“意念”操控物体。多家机构 对该技术也展开了研究。布朗大学与犹他州Blackrock Microsystems公司的研究员将此无线装置商业化，他们将其粘附在人类头骨上，并通过无线电发送由人脑植入设备收集的意识命令；Emotiv公司 的EPOC可以检测8种行为现象，识别出7种表情，从而使残障人士具备控制飞行器的能力；浙江大学CCNT实验室的研究人员演示了 FlyingBuddy2系统—即用大脑控制四旋翼无人飞行器；

三、通信技术

该项技术有助于信息共享，适用于交通管理或自身监控等，比如将数据备份到云端进行云计算等

1、4G/5G通信技术

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

2、WiFi通信技术

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大小的数据。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

四、平台技术

1、“Dronecode”无人机开源系统

2014年10月，著名计算机开源系统公司Linux推出了名为“Dronecode”的无人机开源系统合作项目，将3D Robotics、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、Ubuntu 15.04操作系统

Ubuntu 15.04的物联网版本是Ubuntu目前最小且最安全的版本，它十分精简，适合开发者、科技专业人士使用，能够在无人机等领域中使用

3、Airware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2015年4月16日正式发布，通过硬件与软件的 结合，Airware成功地实现了在单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

五、空管技术

1、Airware

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，最快可能会在今年开始该项目。测试第一阶段的目标是理解不同的飞行器对空管系统的响应方式

2、Skyward

初创公司Skyward正在研发无人机交通控制系统，这套系统使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（大疆、3D Robotics、Parrot）合作以证明大量的无人机可以在拥挤空域安全地共存

3、Exelis

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

六、芯片技术

1、在2015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，高通在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。它具备无线通信、传感器集成和空间定位等功能。英特尔CEO Brian Krzanich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，活跃在机器人市 场的欧洲处理器厂商XMOS也表示已经进入无人机领域

2、3D Robotics发表声明与英特尔共同合作开发Edison芯片，这是一种新型微型处理芯片

虽然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“神经形态”芯片被应用于无人机，自主反应、自动识别将会变得轻而易举

4、未来飞行器上的MEMS产品会向集成化方向发展

例如三轴加速度与三轴陀螺仪结合而成的集成产品。手机芯片公司推出无线多合一芯片后，又推出了手机市场的定位与导航芯片。新一代定位芯片，将满足可穿戴与无人机等差异化需求。不仅如此，新芯片内部还会直接集成控制算法

5、为了让机器人应用能够更好地感知环境，高通研究院正在开发一款机器视觉研究软件开发工具包(SDK)，其中包含至关重要的计算机视觉技术

七、动力技术

1、新型电池

2015年，来自加拿大蒙特利尔的EnergyOr技术有限公司采用燃料电池的四旋翼进行了2小时12分钟续航飞行。2015年4月6日，科学权威期刊《自然》网络版刊登了一篇报道，一种铝电池仅需60秒便能让手机电力“满血复活”。此外，石墨烯、铝空气、纳米点这三项电池技术将成为未来电池世界的三大奇兵。这些新的电池技术有着十分迫切的需求，首先会被应用到手机和电动汽车，随后可配备多旋翼

2、混合动力

2015年，美国初创公司Top Flight Technologies开发出混合动力六旋翼无人机。它仅需要1加仑（约合3.78升）汽油便可以飞行两个半小时（可飞行约160公里），最高负重达20磅（约合9公斤）

3、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，他们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，不需要人为进行现场干预和辅助。如果能够缩短充电时间，那么无线充电技术将会极大地帮助多旋翼进行长途飞行

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