无人机应用分析

        无人机是无人驾驶飞机的简称（Unmanned Aerial Vehicle），是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置的不载人飞机，包括无人直升机、固定翼机、多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机。广义地看也包括临近空间飞行器（20-100公里空域），如平流层飞艇、高空气球、太阳能无人机等。从某种角度来看，无人机可以在无人驾驶的条件下完成复杂空中飞行任务和各种负载任务，可以被看做是“空中机器人”。

一、无人机分类

        （一）按不同使用领域来划分，无人机可分为军用、民用和消费级三大类，对于无人机的性能要求各有偏重：

        1、军用无人机对于灵敏度、飞行高度速度、智能化等有着更高的要求，是技术水平最高的无人机，包括侦察、诱饵、电子对抗、通信中继、靶机和无人战斗机等机型；

        2、民用无人机一般对于速度、升限和航程等要求都较低，但对于人员操作培训、综合成本有较高的要求，因此需要形成成熟的产业链提供尽可能低廉的零部件和支持服务，目前来看民用无人机最大的市场在于政府公共服务的提供，如警用、消防、气象等，占到总需求的约70%，而我们认为未来无人机潜力最大的市场可能就在民用，新增市场需求可能出现在农业植保、货物速度、空中无线网络、数据获取等领域；

        3、消费级无人机一般采用成本较低的多旋翼平台，用于航拍、游戏等休闲用途。

        （二）按照机翼分类可以分为固定翼无人机、多旋翼无人机、无人直升机、伞翼无人机、无人飞艇等

        1、固定翼无人机

        固定翼无人机看起来比较像常规飞机，是军用和部分民用无人机的主流平台，具有飞行速度快、载荷大、续航时间长等优点，因此在对航程、升限等有要求的领域应用更广泛，譬如农业植保、军事侦察、打击等。但是，固定翼无人机也有其局限性，那就是起降要求高，不具备垂直起飞能力，且不能悬停。

        2、多旋翼无人机

        市面上的消费级无人机大多是多旋翼机型，常见为四旋翼，也有六旋翼甚至八旋翼机型，多旋翼式无人机的优势在于拥有垂直起降及精准悬停功能，同时体积小、操作灵活且成本低。对环境要求很低，也可以用于很多工业领域，譬如管道检修、仓库清点等。但是由于大多数多旋翼无人机器只有不到一个小时的飞行时间，续航时间短、作业面积小、速度慢，使其在应用时受到一定的限制。

        3、无人直升机

无人直升机的外形看起来和传统直升机很像，可以原地垂直起飞和悬停。相比于固定翼无人机在使用上更灵活机动，相比于多旋翼小型无人机，又能够承担更大的载荷，但因技术复杂度高，使用和维护成本也比较高。近年来，经常出现在军事侦察、海事巡逻，以及应急救援等场景中。

        4、伞翼无人机

        伞翼无人机是一种基于伞翼结构设计的无人机系统。伞翼无人机利用机翼产生升力，该升力通过机翼的弧形外形和气动设计优化，能够在较低的飞行速度下维持稳定的升力效果，从而提供较长的飞行时间和较大的有效载荷能力

        这种设计可提供较高的升力系数和良好的气动特性，使得无人机在低速飞行时也能保持稳定的飞行状态。使得伞翼无人机通常具备较长的航时能力。这使得它在需要长时间飞行、大范围侦察或监测任务中具有优势，例如边境巡逻、资源调查和环境监测等。

        5、扑翼无人机

        扑翼无人机是一种模仿鸟类或昆虫翅膀运动原理设计的无人机系统，通过扑动机翼产生升力和推进力，并通过翅膀的变形来实现飞行姿态的控制。

        由于扑翼无人机采用非常不同于固定翼飞行器的设计理念，其稳定性挑战较大。扑翼飞行需要考虑翅膀的柔性、扑动频率、升力和推力之间的动态平衡，以确保飞行稳定和控制精度。它在机动性、携带载荷能力和适应复杂环境等方面具有潜在优势，但在稳定性和工程复杂性方面也存在挑战，目前仍处于不断研究。

        6、无人飞艇

        无人飞艇是一种无人驾驶的空中平台，采用气囊或类似结构作为浮力装置，通过螺旋桨或推进器产生升力和推进力，以实现垂直起降和水平飞行的能力。

        无人飞艇通过气囊结构和推进系统的组合，具有垂直起降、水平飞行和长航时能力。它在多个领域具有潜在的应用价值，但在设计、控制和操作方面也面临一些挑战，如飞行稳定性、自主导航和空域管理，不属于主流。

二、无人机技术难点

        （一）飞控系统是无人机的“驾驶员”-更精确、更清晰

        据《2016-2020年中国无人机行业深度调研及投资前景预测报告》可知，飞控子系统是无人机完成起飞、空中飞行、执行任务和返场回收等整个飞行过程的核心系统，飞控对于无人机相当于驾驶员对于有人机的作用，我们认为是无人机最核心的技术之一。飞控一般包括传感器、机载计算机和伺服作动设备三大部分，实现的功能主要有无人机姿态稳定和控制、无人机任务设备管理和应急控制三大类。

        其中，机身大量装配的各种传感器（包括角速率、姿态、位置、加速度、高度和空速等）是飞控系统的基础，是保证飞机控制精度的关键，在不同飞行环境下、不同用途的无人机对传感器的配置要求也不同。未来对无人机态势感知、战场上识别敌我、防区外交战能力等方面的需求，要求无人机传感器具有更高的探测精度、更高的分辨率，因此国外无人机传感器中大量应用了超光谱成像、合成孔径雷达、超高频穿透等新技术。

        （二）导航系统是无人机的“眼睛”，多技术结合是未来方向

        导航系统向无人机提供参考坐标系的位置、速度、飞行姿态，引导无人机按照指定航线飞行，相当于有人机系统中的领航员。无人机载导航系统主要分非自主（GPS等）和自主（惯性制导）两种，但分别有易受干扰和误差积累增大的缺点，而未来无人机的发展要求障碍回避、物资或武器投放、自动进场着陆等功能，需要高精度、高可靠性、高抗干扰性能，因此多种导航技术结合的“惯性+多传感器+GPS+光电导航系统”将是未来发展的方向。

        （3）动力系统-涡轮有望逐步取代活塞，新能源发动机提升续航能力

        不同用途的无人机对动力装置的要求不同，但都希望发动机体积小、成本低、工作可靠：1、无人机目前广泛采用的动力装置为活塞式发动机，但活塞式只适用于低速低空小型无人机；2、对于一次性使用的靶机、自杀式无人机或导弹，要求推重比高但寿命可以短（1-2h），一般使用涡喷式发动机；3、低空无人直升机一般使用涡轴发动机，高空长航时的大型无人机一般使用涡扇发动机（美国全球鹰重达12t）；4、消费级微型无人机（多旋翼）一般使用电池驱动的电动机，起飞质量不到100克、续航时间小于一小时。

        往前看，我们认为随着涡轮发动机推重比、寿命不断提高、油耗降低，涡轮将取代活塞成为无人机的主力动力机型，太阳能、氢能等新能源电动机也有望为小型无人机提供更持久的生存力。

        （4）数据链是“放风筝的线”–从独立专用系统向全球信息格栅（GIG）过渡

        数据链传输系统是无人机的重要技术组成，负责完成对无人机遥控、遥测、跟踪定位和传感器传输，上行数据链实现对无人机遥控、下行数据链执行遥测、数据传输功能。普通无人机大多采用定制视距数据链，而中高空、长航时无人机则都会采用视距和超视距卫通数据链。

        现代数据链技术的发展推动者无人机数据链向着高速、宽带、保密、抗干扰的方向发展，无人机实用化能力将越来越强。往前看，随着机载传感器、定位的精细程度和执行任务的复杂程度不断上升，对数据链的贷款提出了很强的要求，未来随着机载高速处理器的突飞猛进，预计几年后现有射频数据链的传输速率将翻倍，未来在全天候要求低的领域可能还将出现激光通讯方式。