无人机系列之发展史

一.引言

何谓无人机？其实就是无人驾驶飞机的简称，应为缩写为“UAV”。是一种无线遥控的无人驾驶飞机。2016年无人机作为消费电子类的重点戏迅速点燃了整个消费市场,一时间家喻户晓,在引起消费者狂热追捧的同时,国内外的厂商也前赴后继地杀入无人机市场,力求在无人机市场占有自己的一席之地.....

其实早期的无人机设计,重点并不在民用,而在军用方向,而且已经有了近百年的历史,今天博主给大家介绍下无人机的发展历史.

二.无人机历史

1.萌芽期

1.1.  1917年，皮特·库柏（Peter Cooper）和埃尔默·A·斯佩里（Elmer A. Sperry）发明了第一台自动陀螺稳定器，这种装置能够使得飞机能够保持平衡向前的飞行，无人飞行器自此诞生。这项技术成果将美国海军寇蒂斯N-9型教练机成功改造为首架无线电控制的不载人飞行器（unmanned aerial vehicle，简称UAV）。斯佩里空中鱼雷（Sperry Aerial Torpedo）搭载300磅（约合136千克——译者注）的炸弹飞行50英里，但它从未参与实战.

图1 空中鱼雷号

1.2.  1935年之前的空中飞行器飞不回起飞点，因此也就无法重复使用。蜂王号的发明，使得无人机能够回到起飞点，使得这项技术更具有实际价值。蜂王最高飞行高度17000英尺（约合5182米），最高航速每小时100英里（约合160公里），在英国皇家空军服役到1947年。蜂王号无人机的问世才是无人机真正开始的时代，可以说是近现代无人机历史上的“开山鼻祖”。随后无人机被运用于各大战场，执行侦察任务。然而由于当时的科技比较落后，无法出色完成任务，所以逐步受到冷落，甚至被军方弃用。

图2 蜂王号

图3 复仇者一号

2.发展期

2.1. 1986年12月首飞的先锋系列无人机为战术指挥官提供了特定目标以及战场的实时画面，执行了美国海军“侦察、监视并获取目标”等各种任务。这套无人定位系统的花销很小，满足了20世纪80年代美国在黎巴嫩，格林纳达以及利比亚以低代价开展无人获取目标的要求，并首次投入实战。先锋号现在仍在服役，通过火箭助力起飞，起飞重量416磅（约合189千克——译者注），航速每小时109英里（约合174公里——译者注）。飞机能够漂浮在水面，并且通过海面降落进行回收。

图4 先锋 RQ-2A

2.2. RQ-7B幻影是无人机家族中最小的一个，被美国陆军和海军陆战队用于伊拉克和阿富汗战场。这个系统能够定位并识别战术指挥中心125公里之外的目标，让指挥官的观察，指挥，行动都更加敏捷。幻影200广泛使用于中东地区，截止2010年5月份的累积飞行时间已经达到500000小时。

图5 幻影200

图6 无人火力侦察机

图7 哨兵无人机

3.蓬勃期

3.1.  21世纪初，由于原来的无人机个头较大，目标明显且不易于携带，所以研制出了迷你无人机，机型更加小巧、性能更加稳定，一个背包就可搞定。同时无人机更加优秀的技能，催发了民用无人机的诞生。

3.2. 2006年，影响世界民用无人机格局的大疆无人机公司成立，先后推出的phantom系列无人机，在世界范围内产生深远影响，帮助汪峰成功抢到头条就是大疆公司的产品，研制的phantom2vision+还在2014年入选《时代》杂志。

图8 大疆的phantom2vision+

3.3. 2009年，美国加州3DRobotics无人机公司成立，这是一家最初主要制造和销售DIY类遥控飞行器(UAV)的相关零部件的公司，在2014年推出X8+四轴飞行器后而名声大噪，目前已经成长为与中国大疆相媲美的无人机公司.

3.4. 2014年，一款用于自拍的无人机Zano诞生，曾经被称为无人机市场上的iPhone。该机在众筹平台上筹款340万美元，获得超过15000人的支持，大家都对该款产品充满期待，由于无法解决无人机量产而引发的软硬件调校误差，该研发公司于2015年破产，Zano只能活在大家的记忆中。即便如此，无人机应用在自拍领域的研究也会继续下去。
3.5. 2015年，是无人机飞速发展的一年，各大运营产商融资成功，为无人机的发展创造了十分有利的条件，还上线了第一个无人机在线社区飞兽社区。

3.6. 同年美国Qualcomm公司相继推出自己的无人机开发平台，作为该公司布局IOT生态圈的重要一环。

二.民用无人机的应用领域

环境监测
●通信中继
●地质勘探
●灾难救援
●森林防火
●电力巡线
●影视拍摄
●遥感测绘
●快递
●农业
●玩具
●自拍跟拍
●制造浪漫
●风景观赏

三.开源飞控系统

1. Arduino

Arduino是业内知名的无人机产品，包含硬件（各种型号的Arduino板）和软件开发环境（ArduinoIDE）。Arduino系统一般包括一个主控MCU，和一些相关应用的传感器、执行机构。
Arduino的出现，不论从技术上还是成本上，都大大降低了飞控软件算法实现的门槛，而且除了提供了一整套硬件平台用以实现算法，开源社区还同时将飞控爱好者们聚集在一起，共同推动技术进步。因此在之后的几年内，基于Arduino的软硬件系统平台，衍生出了大量的飞控系统应用。

2.APM

APM（ArduPilotMega）是在2007年由DIY无人机社区（DIYDrones）推出的飞控产品，是当今最为成熟的开源硬件项目。APM基于Arduino的开源平台，对多处硬件做出了改进，包括加速度计、陀螺仪和磁力计组合惯性测量单元（IMU）。由于APM良好的可定制性，APM在全球航模爱好者范围内迅速传播开来。通过开源软件MissionPlanner，开发者可以配置APM的设置，接受并显示传感器的数据，使用GoogleMap完成自动驾驶等功能。

目前APM飞控已经成为开源飞控成熟的标杆，可支持多旋翼、固定翼、直升机和无人驾驶车等无人设备。针对多旋翼，APM飞控支持各种四、六、八轴产品，并且连接外置GPS传感器以后能够增稳，并完成自主起降、自主航线飞行、回家、定高、定点等丰富的飞行模式。APM能够连接外置的超声波传感器和光流传感器，在室内实现定高和定点飞行。

3.PX4&PIXHawkPX4

PX4&PIXHawkPX4是一个软硬件开源项目（遵守BSD协议），目的在于为学术、爱好和工业团体提供一款低成本、高性能的高端自驾仪。由3DRobotics联合APM小组与PX4小组于2014年推出的PIXHawk飞控是PX4飞控的升级版本，拥有PX4和APM两套固件和相应的地面站软件。
该飞控是目前全世界飞控产品中硬件规格最高的产品。PIXHawk拥有168MHz的运算频率，内置两套陀螺和加速度计MEMS传感器，互为补充矫正，内置三轴磁场传感器并可以外接一个三轴磁场传感器，同时可外接一主一备两个GPS传感器，在故障时自动切换。

4.Qualcomm无人机平台-Flight平台

Snapdragon Flight由高端智能手机用处理器“Snapdragon 801”、配备该处理器的无人机控制板、控制无人机飞行所需软件等构成。高通指出，无人机厂商采用该产品之后，可以缩短无人机的开发时间，降低制造成本。
处理器Snapdragon 801在一个芯片上集成了CPU、GPU、DSP（数字信号处理）、无线LAN（Wi-Fi）功能及视频编码功能等。Snapdragon Flight的处理器功能很丰富，因此通过这一个模块就能实现无人机实时飞行控制、4K视频拍摄、基于Wi-Fi和蓝牙的无线通信、基于全球导航卫星系统（GNSS）的位置信息管理等。

图9 Flight模块

Snapdragon 810飞行套件还包括了图像、导航、基于Hexagon DSP的实时飞行控制，内置2*2Wifi与蓝牙连接还有高通自家的SirfStar全球定位卫星系统，用于支持高精确的位置定位。该设备提供的高级性能为消费者提供了如下的选择：
1.4K视频录制–4K高清摄像头支持，图像优化以及第一人称720P视频处理解码功能 
2.高级通讯与导航–双基带2*2 802.11n Wi-Fi， 蓝牙4.0以及5HzGNSS位置定位能力， 以及基于Hexagon DSP的实时飞行控制 
3.稳定的摄像头感应模块–集成的4K立体VGA， 光流摄像头， IMU模块，气压计支持，以及为外设模块添加的引脚
4.骁龙飞行器套件还支持Linaro Linux与OpenCV， 并且能够支持大多数的开源飞行器平台。
5.骁龙飞行棋套件的设计允许开发者为无人机开发很多领域的应用，比较典型的如图像处理应用，以及实时运动捕捉等

Qualcomm平台成功案例：

图10 零度无人机

图11 Hover无人机

相比于国内无人机开发的快速迭代方式，Qualcomm的一整套系统完全能够符合大部分开源平台的需求。 单就4K视频处理与摄像头支持来说，Qualcomm的这一套开发套件已经为很多创客与公司提供了绝佳的开发平台。 相信这一款开发平台的问世，能够缩短很多企业在无人机开发方面与图像识别方面的开发时间