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    1. “無人機”的前世今生

      2014-10-24 TMT行業研究

      展示量: 12601
        無人機(unmannedaerialvehicle或drone)簡稱無人駕駛飛機,英文縮寫為“UAV”,是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機。它最早出現于20世紀20年代,當時是作為訓練用的靶機使用的。是一個許多國家用于描述最新一代無人駕駛飛機的術語。從字面上講,這個術語可以描述從風箏,無線電遙控飛機,到V-1飛彈從發展來的巡航導彈,但是在軍方的術語中僅限于可重復使用的比空氣重的飛行器。
        無人機用途廣泛,成本低,效費比好;無人員傷亡風險;生存能力強,機動性能好,使用方便,在現代戰爭中有極其重要的作用,在民用領域更有廣闊的前景。
        無人機的飛速發展和廣泛運用是在海灣戰爭后。以美國為首的西方國家充分認識到無人機在戰爭中的作用,競相把高新技術應用到無人機的研制與發展上:新翼型和輕型材料大大增加了無人機的續航時間;采用先進的信號處理與通信技術提高了無人機的圖像傳遞速度和數字化傳輸速度;先進的自動駕駛儀使無人機不再需要陸基電視屏幕領航,而是按程序飛往盤旋點,改變高度和飛往下一個目標。新一代的無人機能從多種平臺上發射和回收,例如從地面車輛、艦船、航空器、亞軌道飛行器和衛星進行發射和回收。地面操縱員可以通過計算機檢驗它的程序并根據需要改變無人機的航向。而其他一些更先進的技術裝備、如高級竊聽裝置、穿透樹葉的雷達、提供化學能力的微型分光計設備等,也將被安裝到無人機上。
        在越南戰爭,海灣戰爭乃至北約空襲南斯拉夫的過程中,無人機都被頻繁地用于執行軍事任務。無人機雖然不是戰場上空執行空中任務的主力,但也成為不可缺少的重要組成部分。由于無人機是無人駕駛,因而可以把它送到危險的環境執行任務而無須擔心人員傷亡,所以世界上各主要軍事國家對無人機在軍事上的用途十分青睞。
        無人機分為偵察機和靶機:
        偵察機用于完成戰場偵察和監視、定位校射、毀傷評估、電子戰等;也可民用,如邊境巡邏、核輻射探測、航空攝影、航空探礦、災情監視、交通巡邏、治安監控等;
        靶機可作為火炮、導彈的靶標。
        無人機最早的開發是在一戰后,并在二戰中無人靶機用于訓練防空炮手。
        第二次世界大戰之後將多於或者是退役的飛機改裝成為特殊研究或者是靶機,成為近代無人機使用趨勢的先河。隨著電子技術的進步,無人機在擔任偵查任務的角色上開始展露他的彈性與重要性。譬如在越戰期間,美國曾經使用大量的無人機對高價值或者是防御嚴密的目標進行偵查的工作,如此一來可以減少人員的傷亡或是被俘虜的風險。
        1982年以色列航空工業公司(IAI)首創以無人機擔任其他角色的軍事任務。在加利利和平行動(黎巴嫩戰爭)時期,偵察者無人機無人機系統曾經在以色列陸軍和以色列空軍的服役中擔任重要戰斗角色。以色列國防軍主要用無人機進行偵察兵,情報收集,跟蹤和通訊。1991年的沙漠風暴作戰當中,美軍曾經發射專門設計欺騙雷達系統的小型無人機作為誘餌,這種誘餌也成為其他國家效彷的對象。
        但在20世紀晚期之前,他們不過是比全尺寸的遙控飛機小一些而已。美國軍方在這類飛行器上的興趣不斷增長,因為他們提供了成本低廉,極富任務彈性的戰斗機器,這些戰斗機器可以被使用而不存在機組人員死亡的風險。最初的一代主要以偵察機為大宗,一些無人機已經裝備了武器(例如RQ-1捕食者裝備AGM-114地獄火空對地導彈)。由無人機擔任更多角色的軍事預想,最初是轟炸和對地攻擊,空對空戰斗,飛行員最后一塊領域。裝備有武器的無人機被稱為無人戰斗機飛機(UCAV)。
        美國軍隊曾經購買和自制先鋒無人機在對伊拉克的第二次和第三次海灣戰爭中作為可靠的系統。
      無人機可實現高分辨率影像的采集,在彌補衛星遙感經常因云層遮擋獲取不到影像缺點的同時,解決了傳統衛星遙感重訪周期過長,應急不及時等問題。無人機飛行的分類及特點如圖所示。
      無人機系統由飛機平臺系統、信息采集系統和地面控制系統組成,如圖所示。
        無人機的系統工作流程可分為五大步驟:
        (1)開始界面:快捷實現任務的規劃,進入任務監控界面,實現航拍任務的快速自動歸檔,
        各功能劃分開來,實現軟件運行的專一而穩定。
        (2)航前檢查:為保證任務的安全進行,起飛前結合飛行控制軟件進行自動檢測,確保飛機的GPS、羅盤、空速管及其俯仰翻滾等狀態良好,避免在航拍中危險情況的發生。
        (3)飛行任務規劃:在區域空照、導航、混合三種模式下進行飛行任務的規劃。
        (4)航飛監控:實時掌握飛機的姿態、方位、空速、位置、電池電壓、即時風速風向、任務時間等重要狀態,便于操作人員實時判斷任務的可執行性,進一步保證任務的安全。
        (5)影像拼接:航拍任務完成后,導航航拍影像進行研究區域的影像拼接。
        美國研制和發展無人機的主要國家之一。美軍認為無人機適合冷戰后的“地區防務戰略”和監視地區沖突的需要。為了提高戰場實時偵察能力,美軍研制和裝備了以下無人機。
        “先鋒”無人機
        已經在波黑、海地、索馬里以及海灣參加過作戰。動力為19千瓦,作戰半徑約為185公里,留這5小時,45公斤的負載包括紅外或電子光學圖像設備。“先鋒”無人機常與E-8C探測到潛在的高等級目標,然后“先鋒”無人機進入目標區實施偵察。
        “捕食者”無人機
        前額突出的“捕食者”中空續航無人機在未來相當一段時間內仍是美軍遠程無人機,主要用于前線部隊,為陸軍旅和陸戰隊特遣部隊提供電子光學和紅外情報。1997年1月31日,美空軍駐內利斯空軍基地第11偵察機中隊裝備了首批“捕食者”無人機。它長約8米,翼展約14米,最大升限7600米,作戰半徑926公里,最長續航時間為40小時,全重204公斤。機上載有綜合孔徑雷達、電子光學和紅外傳感器,能從簡易機場或艦船甲板上起飛,不需要降落傘或攔阻索。這種飛機在波黑參加過作戰,飛行記錄為2620任務小時,證明了其作戰的價值和能力。“捕食者”能識破地面偽裝的裝備和偽裝行動,適干監視大面積重要場地和偵察任何敵對行動。無人機通過衛星系統向聯合空中作戰中心或聯合情報中心傳輸實時偵察情況。美國空軍準備購買50架“捕食者”無人機。
        “環球鷹”無人機
        又名“蒂爾”II,將成為21世紀初美軍遠程無人機的中堅,是一種適用于在低等至中等威脅環境下執行偵察任務的遠程長航時無人機。無人機重3.5噸,機長14米,翼展35米,留空時間42小時,最大不加油航程為2.25萬公里,能在2萬米飛行高度晝夜偵察。“環球鷹”無人機將裝備綜合孔徑雷達、紅外和電子光學傳感器。搜索方式時的分辨能力為0.9米,定點分辨偵察能力為0.3米。“環球鷹”無人機每秒能發回50兆位數據,它可以近實時向地面站發送視頻圖像,也能將綜合孔徑雷達數據直接發往前線地面部隊。“環球鷹”無人機用于執行遠程和長時間的任務。包括連續在大面積地區偵察機動導彈發射架。無人機能通過衛星與地面站進行聯絡,使喚遠離前線的懷念部也能指揮作戰,無人機偵察期間能過行規避機動并能利用雷達干擾機實施干擾和進行電子欺騙。
        “暗星”無人機
        又名“蒂爾”III,是一種適用于大威脅環境下偵察用的高空續航隱形無人機。計劃少量生產,僅用于在重點防御地區上空飛行。隱形“暗星”無人機不具備“環球鷹”無人機的性能和負載,但具有突破最好防空系統的能力和最佳生存能力。“暗星”無人機的機體較薄,機翼又長又窄,作戰半徑為926公里,續航時間8小時,最大升限1.4萬米,使用FJ44型渦輪風扇發動機。“暗星”無人機每秒鐘的通信能力限制在1.5兆位,飛行中主要傳送固定框架圖像。“暗星”無人機的特點是:隱形、生存能力強,活動范圍和續航時間都比“環球鷹”更大更長。兩者的主要區別在于“環球鷹”主要任務是擔負低威脅度或中等威脅度地區上空的執行高度脅度區域上空的偵察任務,而“暗星”主要用來執行高威脅區域上空的偵察任務。
        袖珍無人機
        美國防部高級研究計劃局正在研制一種機長和翼展都不足15厘米的微型無人機。它續航時間為1小時,航程16公里。它既可飛入建筑物內進行偵察,又可作為視聽監視哨附著在建筑物或裝備上。美國防部準備將這種飛機用于執行特殊情況下的監視任務。
        無人戰斗機
        航速將是音速的12倍,它既可以從大型有人駕駛飛機上發射,也可由飛行員在地面進行搖控去執行各種作戰任務。1996年3月,美國國家航空航天局研制出兩架試驗機:X-36試驗型無尾無人戰斗機。該機長5.7米,重88公斤,其大小相當于普通戰斗機的28%。該機使用的分列式副翼和轉向推力系統比常規戰斗機更具有靈活性。水平垂直的機尾既減輕了重量和拉力,也縮小了雷達反射截面。無人駕駛戰斗機將執行的理想任務是壓制敵防空、遮斷、戰斗損失評估、戰區導彈防御以及超高空攻擊,特別適合在政治敏感區執行任務。高級機動無人駕駛戰斗機能用激光摧毀目標。
        無人隱形攻擊機
        這種飛機的速度為5倍音速??墒褂梦⑿透呔_制導炸彈,能在幾分鐘之內摧毀各種移動目標。美空軍計劃在未來10-30年內,用無人戰斗機和無人隱形攻擊機取代現有飛機來執行危險性較大的作戰任務。
        無人機是通過無線電遙控設備或機載計算機程控系統進行操控的不載人飛行器。無人機結構簡單、使用成本低,不但能完成有人駕駛飛機執行的任務,更適用于有人飛機不宜執行的任務,如危險區域的地質災害調查、空中救援指揮和環境遙感監測。
        無人機為空中遙感平臺的微型遙感技術,其特點是:以無人機為空中平臺,遙感傳感器獲取信息,用計算機對圖像信息進行處理,并按照一定精度要求制作成圖像。
        無人機遙感(Unmanned Aerial Vehicle Remote Sensing)技術,既是利用先進的無人駕駛飛行器技術、遙感傳感器技術、遙測遙控技術、通訊技術、GPS差分定位技術和遙感應用技術,具有自動化、智能化、專用化快速獲取國土、資源、環境等空間遙感信息,完成遙感數據處理、建模和應用分析的應用技術。無人機遙感系統由于具有機動、快速、經濟等優勢,已經成為世界各國爭相研究的熱點課題,現已逐步從研究開發發展到實際應用階段,成為未來的主要航空遙感技術之一。
        遙感傳感器是根據不同類型的遙感任務,使用相應的機載遙感設備,如高分辨率CCD數碼相機、輕型光學相機、多光譜成像儀、紅外掃描儀,激光掃描儀、磁測儀、合成孔徑雷達等。使用的遙感傳感器應具備數字化、體積小、重量輕、精度高、存儲量大、性能優異等特點。
        無人機遙感航空技術以低速無人駕駛飛機為空中遙感平臺,用彩色、黑白、紅外、攝像技術拍攝空中影像數據;并用計算機對圖像信息加工處理。全系統在設計和最優化組合方面具有突出的特點,是集成了遙感、遙控、遙測技術與計算機技術的新型應用技術。
        傳感器的不斷面世,無人機的性能不斷提高,應用范圍和應用領域迅速拓展。世界范圍內的各種用途、各種性能指標的無人機的類型已達數百種之多。續航時間從一小時延長到幾十個小時,任務載荷從幾公斤到幾百公斤,這為長時間、大范圍的遙感監測提供了保障,也為搭載多種傳感器和執行多種任務創造了有利條件。
        傳感器由早期的膠片相機向大面陣數字化發展,2011年國內制造的數字航空測量相機擁有8000多萬像素,能夠同時拍攝彩色、紅外、全色的高精度航片;中國測繪科學研究院使用多臺哈蘇相機組合照相,利用開發的軟件再進行拼接,有效地提高了遙感飛行效率;德國祿來公司推出的2200萬像素專業相機,配備了自動保持水平和改正旋偏的相機云臺,開發了相應的成圖軟件。另外激光三維掃描儀、紅外掃描儀等小型高精度遙感器為無人機遙感的應用提供了發展的余地。
        無人機遙感技術可快速對地質環境信息和過時的GIS數據庫進行更新、修正、和升級。為政府和相關部門的行政管理、土地、地質環境治理,提供及時的技術保證。
        我們來盤點一下高大上的無人機制造公司:
        深圳市大疆創新科技有限公司
        深圳市大疆創新科技有限公司(DJI-Innovations,簡稱DJI),創始人汪滔,2006年成立于廣東省深圳市。大疆創新科技是一家位于中國深圳的私有無人機制造廠商,該公司生產的DJI無人機被用于航空攝影攝像,很受業余和專業攝影師的歡迎。DJI無人機既有售價420美元的Phantom基本款,也有售價高達11000美元的S1000Ready to Fly Octocopter專業款,應用范圍非常大。位于賓夕法尼亞州馬納楊克的馬納楊克洗衣公司就使用大疆制造的DJI無人機遞送干洗
        的衣物。而在舊金山,一名男子曾在求婚時別出心裁的使用DJI無人機遞送戒指。網址http://www.dji.com/cn/
        ParrotEPA
        成立于1994年的ParrotEPA是一家總部位于法國巴黎的無線產品制造商。創始人瑪莎·斯圖沃特(MarthaStewart)。2011年,ParrotEPA發布首款無人機產品ParrotAR.Drone,之后該公司繼續拓展無人機產品線,推出了Mini-Drone、ARDrone3.0Bebop等多款產品。ParrotEPA的產品頗受業余玩家和黑客的歡迎。美國家政女王瑪莎-斯圖爾特(MathaStewart)接受《名利場》采訪時就曾自曝擁有一家AR2.0無人機,用于在她的農場拍攝照片。網址http://www.parrot.com/
        GoPro
        GoPro是加州伍德曼實驗公司推出的一個品牌,成立于2002年,原名為“伍德曼實驗室公司”(WoodmanLabs,Inc.),創始人是尼克伍德曼(NickWoodman),其主要業務是開發、生產和出售口袋大小的高清攝像機,這種產品經常都被用于拍攝極限運動的視頻。GoPro的輕型攝像機通常都會被安裝在消費者級別的無人機上使用。網址:中文版http://gopro-cn.tap.cn/,英文版http://zh.gopro.com/
        Airware
        Airware是一家為商用無人機開發內部元件的公司,其總部位于舊金山。成立于2011年,創始人是喬納森唐尼JonathanDowney。Airware已經開發出了使用靈活且頗具成本效益的自動駕駛儀,可作為無人機的“大腦”使用。這種自動駕駛儀已被用于向東南亞偏遠地區送遞疫苗的無人機,此外還被用于飛越肯尼亞野生動物保護區的無人機,后者可對瀕臨滅絕的白犀牛的行蹤進行追蹤,并發現入侵保護區的偷獵者。該公司從KPCB(全稱KleinerPerkinsCaufield&Byers,美國最大的風險基金)的一輪融資中融得2500萬美元,KPCB公司的合伙人在B輪的融資中加入Airware董事會,此次融得的款項將被該公司用在其正在研發的“航空信息平臺”上。這個平臺包括軟件和硬件兩部分,可以讓公司客戶打造自己的定制無人機應用、分析收集到的飛行數據、實現飛行器的自主飛行。谷歌公司風險投資1070萬美元給美國一家為商用無人機開發內部元件的公司Airware。作為融資的條件,AndreessenHorowitz的合伙人克里斯迪克遜(ChrisDixon)將加入Airware董事會。網址:http://www.airware.com/
        Matternet
        Matternet,脫胎于奇點大學(SingularityUniversity)2011年的一個團隊項目,這所大學是位于硅谷的一個教育機構。安德里斯·拉普托普洛斯(AdreasRaptopoulos)作為該公司的公司的聯合創始人兼CEO,公司利用無人機(最可能的是四旋翼飛行器)為偏遠地區的人們運送醫療用品、食品和其他材料。它可以幫助保障那些根本沒有道路,或在雨季道路無法通行的地方獲得基本必需品。當然,它可以有效地規避軍閥和其他障礙,讓需要得到援助的人及時拿到救助物資。網址:http://matternet.us/
        Skycatch
        Skycatch的創始人兼首席執行官是克里斯蒂安桑斯(ChristianSanz),該公司利用小型無人機來獲取數據,供業主通過這些數據來追蹤大面積的地理區域。第一太陽能(FirstSolar)和太陽城(SolarCity)都曾對Skycatch無人機進行過測試,后者是美國最大的太陽能面板安裝公司之一,是在特斯拉汽車公司的創始人埃隆·馬斯克(ElonMusk)的幫助下成立的一家公司。據Skycatch向美國證券交易委員會(SEC)提交的一份文件顯示,該公司已經籌集了大約1320萬美元的股權融資。出資方包括谷歌風險投資公司(GoogleVentures)、Zappos的聯合創始人托尼謝(TonyHsieh)和其他幾位高知名度人士。網址http://www.skycatch.com/
        DenelDynamics
        DenelDynamics是南非最大國防設備生產商旗下的一家子公司,主要生產無人機和一體化防空設備。這家公司生產的DenelDynamicsSeeker可履行戰術偵查任務,同時還可從事日夜監視工作。網址:<http://www.deneldynamics.co.za/>
        Facebook
        公司創始人暨現任首席執行官馬克扎克伯格(MarkZuckerberg)。Facebook正計劃開發一個無人機系統,這個系統中的無人機將可“以盡可能接近地面的高度飛行,以便最大化信號強度”,同時又可在“足夠高的高度巡航,以便降低強風所將帶來的影響,從而使其耐久度變得最大化”。網址:http://www.facebook.com/
        谷歌
        谷歌在今年4月份宣布,該公司將收購無人機生產商TitanAerospace(泰坦航空),后者是一家總部位于新墨西哥州的小型公司,僅擁有20名員工。Titan所生產的無人機能不間斷地飛行數年時間。TitanAerospaceCEO韋恩-拉本(VernRaburn)是日蝕飛機公司創始人、前CEO。2012年,現任CTO馬克思-亞尼(MaxYaney)創辦TitanAerospace。網址:http://titanaerospace.com/
        波音
        波音公司成立于1916年7月1日,由威廉愛德華波音創建,并于1917年改名波音公司。波音公司是全球航空航天業的領袖公司,也是世界上最大的民用和軍用飛機制造商。此外,波音公司設計并制造旋翼飛機、電子和防御系統、導彈、衛星、發射裝置、以及先進的信息和通訊系統。波音已經開發了包括Condor在內的多種無人機,這種飛機在1988年首飛,創下了67028英尺(約合20千米)的飛行高度紀錄,可在高空停留近兩天半時間。網址:http://www.boeing.com/
        洛克希德馬丁
        洛克希德馬丁公司,全稱洛克希德馬丁空間系統公司(英語:LockheedMartinSpaceSystemsCompany)前身是洛克西德公司(LockheedCorporation),創建于1912年,是一家美國航空航天制造商。公司在1995年與馬丁瑪麗埃塔合并,并更名為洛克希德馬丁公司。洛克希德公司創始人是:阿倫洛克西德和馬爾科姆洛克西德,馬丁公司創始人是:格林路德馬丁目前洛克希德馬丁的總部位于馬里蘭州蒙哥馬利縣的貝塞斯達。洛克希德馬丁生產的無人機廣泛應用于多種軍事及民用活動,如為作戰基地供應物資,或是減少危險路面上的載重汽車隊數量等。這家國防行業巨頭開發的DesertHawkIII可被士兵用來偵察山脈背面的情況,而包括ISIS在內的監測平臺則可追蹤射程遠超1080海里(約合2000千米)的彈道目標。
        AeroVironment
        AeroVironment公司,成立于1971年7月。創始人是保羅麥克瑞(PaulMacCready)。AeroVironment所開發的先進無人機被美國國防部用來執行實時的空中偵察、監測和通信任務。這家公司以蜂鳥為原型而設計生產的一種無人機僅有6.5英寸(約合16.51厘米)高,是第一種僅利用撲翼來提供推進力和進行控制的無人機。這種飛機的重量只有0.67盎司(約合17克)左右,可朝任何方向飛行,適用于任何緊湊的空間。網址:http://www.avinc.com/
        亞馬遜
        在去年12月份,電商巨頭亞馬遜的首席執行官杰夫貝索斯(JeffBezos)在接受采訪時展示了該公司花費多年時間設計開發的一種投遞無人機,稱其將提供所謂的“PrimeAir”服務,目標是在30分鐘或更短時間里送貨上門。
        武漢智能鳥無人機有限公司
        智能鳥公司成立于2010年,公司致力于智能化無人機飛行器的研制開發、生產和服務。是智能無人駕駛飛行器專業航測航攝空中巡查設備等產品專業生產加工的公司,擁有完整、科學的質量管理體系。網址:http://www.aibirduav.com/
        遼寧飛獅通用航空科技有限公司
        遼寧飛獅通用航空科技有限公司(其前身為沈陽通飛航空科技有限公司)。公司始運營于1996年。擁有"小型油動多用途直升機"、"流線運動型直升機外觀設計"、"仿生學直升機""復合式共軸反槳直升機"等多項國家發明專利,同時與空軍裝備部、航空裝備研究所、空軍第三飛行學院、海軍航空工程學院、中國科學院等單位在技術上建立了良好的合作關系。我們的產品得到社會各企事業單位的認可,現已廣泛應用于軍事系統、電力巡線、通信、航拍航測、交通監測、農業植保等諸多領域。


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