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设备与工具你知道无人机的五项关键技术吗？
1907年，Breguet–Richet兄弟制造了世界上第一架四旋翼飞行器“旋翼机1号”。无人机从之前的军用，到现在已经开始慢慢运用到民用中，基本原理没有发生根本的变化。
目前，无人机的竞争越来越激烈，前有大疆制高点碾压后有价格杀手小米虎视眈眈，无人机这块蛋糕被分得越来越小，无人机行业蓝海变红海，在这片红海里拼杀的利器是技术！
飞越山西画面/图 来源网络
2014年年底，在第二届英国伦敦华语电影节上，《飞越山西》获得最佳航拍纪录片特别奖和最佳航拍摄影奖两项大奖。该片拍摄时规划并执行无人机拍摄点近300个，许多近景由无人机拍摄完成，产生了意想不到的绝佳效果。
随着民用无人机的快速发展，广告、影视、婚礼视频记录等正越来越多地出现无人机的身影。纪录片《飞越山西》超过三分之二的镜头由航拍完成，许多镜头由无人机拍摄。
无人机巡视具有不受高度限制、巡视灵活、拍照方便和角度全面的优点，特别适合于大跨越高塔的巡视，弥补了人工巡视的不足。
新闻报道
美国有线电视新闻网络（CNN）已经获得由美国联邦航空管理局（FAA）颁发的牌照，将测试配备摄像头、用于新闻报道的无人机。
经过改良的无人机还能够被应用于反偷猎巡逻。英国自然保护慈善基金——皇家鸟类保护协会也将越来越多的无人机应用于鸟类和自然栖息地的保护工作。
环保部组织10个督查组在京津冀及周边地区开展大气污染防治专项执法督查，安排无人机对重点地区进行飞行检查。
无人机已经越来越频繁地被用于大气污染执法。从2013年11月起，环保部门开始使用无人机航拍，对钢铁、焦化、电力等重点企业排污、脱硫设施运行等情况进行直接检查。
快递送货
2015年2月6日，阿里巴巴在北京、上海、广州三地展开为期3天的无人机送货服务测试，使用无人机将盒装姜茶快递给客户。这些无人机不会直接飞到客户门前，而是会飞到物流站点，“最后一公里”的送货仍由快递员负责。
在国外，亚马逊在美国和英国都有无人机测试中心。亚马逊表示其目标是利用无人飞行器将包裹送到数百万顾客手中，顾客下单后最多等半小时包裹即可送到。
提供网络服务
早在2014年Google就收购了无人机公司Titan Aerospace，目前研制成功并开始测试无人机Solara 50和60，通过吸收太阳能补充动能，在近地轨道持续航行5年而不用降落，Titan表示通过特殊设备，使其高空无人机最高可提供每秒高达1GB的网络接入服务。
Facebook也收购了无人机产商Ascenta，成立Connectivity Lab，开发包括卫星、无人机在内的各自互联网连接技术。
最优化总体设计
飞行器总体设计时,需要遵循以下原则：重量轻、尺寸小、速度快、能耗和成本低。但这几项原则相互之间存在着制约与矛盾。例如：飞行器重量相同时，其尺寸与速度、能耗成反比。
因此，进行旋翼飞行器总体设计时，首先要根据性能和价格选择合适的机构材料，尽可能地减轻飞行器重量：其次，需要综合考虑重量、尺寸、飞行速度和能耗等因素，确保实现总体设计的最优化。
动力装置包括：旋翼、直流电机、电机驱动模块等，能量由机载电池提供。旋翼飞行器的重量是影响其尺寸的主要因素，而动力与能源装置的重量在整个机体重量中占了很大比例，该比例就高达75%。
因此，研制更轻、更高效的动力与能源装置是进一步微小型化四旋翼飞行器的关键。另一方面,动力装置产生升力时，消耗了绝大部分机载能量。电能有91%被动力装置消耗。要提高飞行器的效率，关键在于提高动力装置的效率。除尽量提高机械传动效率外，还必须选择合适的电机，在兼顾最大效率和最大输出功率两项指标的前提下，将电机工作点配置在推荐运行区域内。
数学模型的建立
无人机不仅受到多种物理效应的作用(空气动力、重力、陀螺效应和旋翼惯量矩等)。还很容易受到气流等外部环境的干扰。
因此，很难建立有效、可靠的动力学模型。此外,所使用的旋翼尺寸小、质量轻、易变形，很难获得准确的气动性能参数，也将直接影响模型的准确性。
无人机是一个具有六自由度(位置与姿态)和4个控制输入(旋翼转速)的欠驱动系统具有多变量、非线性、强耦合和干扰敏感的特性，使得飞行控制系统的设计变得非常困难。
此外，控制器性能还将受到模型准确性和传感器精度的影响。姿态控制是整个飞行控制的关键，因为无人机的姿态与位置存在直接耦合关系(俯仰横滚直接引起机体向前后左右移动)，如果能精确控制飞行器姿态，则采用PID控制律就足以实现其位置与速度控制。
国际相关研究都着重进行了姿态控制器的设计与验证，结果表明：尽管采用非线性控制律能够获得很好的仿真效果。但由于对模型准确性有很强的依赖，其实际控制效果反而不如PID。
因此，研制既能精确控制飞行器姿态，又具有较强抗干扰和环境自适应能力的姿态控制器是微小型四旋翼飞行器飞行控制系统研究的当务之急。
定位、导航与通信
由于无人机体积小、重量轻、功耗低，所以稳定可靠和抗干扰的通信链对无人机技术(尤其是多机协同技术)的发展是十分关键的。
2022-01-07 10:39
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