【正文】 高的測(cè)距精度，能夠精確還原物體的三維數(shù)據(jù)。其與Yuneec聯(lián)合推出的首款無人機(jī)安裝多個(gè)Realsense模塊，預(yù)計(jì)售價(jià)超過￥10000，在價(jià)格上競(jìng)爭(zhēng)力不足。其中紅外激光掃描器由一個(gè)紅外激光發(fā)射器和MEMS掃描反射鏡組成，整體增加的硬件成本較高。這樣就從根本上消除了物體識(shí)別的計(jì)算需求。n （Intel RealSense等產(chǎn)品采用） 為了規(guī)避計(jì)算機(jī)視覺中識(shí)別物體的大量計(jì)算以及提高精度，以Intel為代表的一批廠商使用了紅外激光視覺技術(shù)，如Intel RealSense機(jī)器視覺模組。目前高通支持雙目機(jī)器視覺的無人機(jī)參考設(shè)計(jì)使用旗艦芯片Snapdragon 801/820，可見其對(duì)計(jì)算能力的要求之高。重要的機(jī)器視覺軟件技術(shù)有：光流算法、圖像分割算法、圖形識(shí)別、人工智能等； 機(jī)器視覺硬件技術(shù)（高通Snapdragon Flight等產(chǎn)品采用）: 雙目機(jī)器視覺基于三角定位原理，與人眼對(duì)三維世界的還原原理類似，通過比較兩個(gè)同向攝像頭拍攝的畫面中同一物體的視角差來確定距離，從而從二維圖像中還原出三維世界的立體模型：雙目機(jī)器視覺僅需兩個(gè)攝像頭，但對(duì)計(jì)算能力的要求較高。 五、 智能無人機(jī)的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)普通無人機(jī)和智能無人機(jī)組件的差別組件普通無人機(jī)智能化無人機(jī)控制系統(tǒng)芯片低性能省電的MCU支持大規(guī)模并行計(jì)算的CPU 機(jī)器視覺組件僅將圖像回傳操作員識(shí)別圖像內(nèi)容重構(gòu)三維模型 基礎(chǔ)軟件飛控軟件和基本固件完整的OS支撐系統(tǒng)不同應(yīng)用 人工智能軟件無機(jī)器視覺/語音語義識(shí)別等 無人機(jī)“視覺”技術(shù)賦予無人機(jī)“智能”中關(guān)鍵技術(shù)之一是讓無人機(jī)能夠通過機(jī)器視覺感知周邊的環(huán)境，并將結(jié)果轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)通過OS（操作系統(tǒng)）傳給其他應(yīng)用程序。隨著機(jī)載傳感器、定位的精細(xì)程度和執(zhí)行任務(wù)的復(fù)雜程度不斷上升，對(duì)數(shù)據(jù)鏈的帶寬提出了很強(qiáng)的要求，未來隨著機(jī)載高速處理器的突飛猛進(jìn)，預(yù)計(jì)幾年后現(xiàn)有射頻數(shù)據(jù)鏈的傳輸速率將翻倍，未來可能還將出現(xiàn)激光通訊方式。普通無人機(jī)大多采用定制視距數(shù)據(jù)鏈，而中高空、長(zhǎng)航時(shí)無人機(jī)則采用超視距衛(wèi)星通信數(shù)據(jù)鏈。上行通信鏈路主要負(fù)責(zé)地面站到無人機(jī)的遙控指令的發(fā)送和接收。太陽能、氫能等新能源電動(dòng)機(jī)也有望為小型無人機(jī)提供更持久的動(dòng)力。專業(yè)級(jí)無人機(jī)目前廣泛采用的動(dòng)力裝置為活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，但活塞式只適用于低速低空小型無人機(jī)。低速、中低空小型無人機(jī)傾向于活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，低速短距、垂直起降無人機(jī)傾向渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)，小型民用無人機(jī)則主要采用電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)或噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。動(dòng)力系統(tǒng)目前民用工業(yè)無人機(jī)以油動(dòng)為主，消費(fèi)級(jí)無人機(jī)以電動(dòng)為主。目前無人機(jī)所采用的導(dǎo)航技術(shù)主要有慣性導(dǎo)航、定位衛(wèi)星導(dǎo)航、地形輔助導(dǎo)航、地磁導(dǎo)航、多普勒導(dǎo)航等。導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航系統(tǒng)是無人機(jī)的“眼睛”，多技術(shù)結(jié)合是未來方向。國(guó)內(nèi)優(yōu)秀的無人機(jī)廠商，為了提高系統(tǒng)的專業(yè)化，則大部分在開源系統(tǒng)的基礎(chǔ)上演化出自己的閉源系統(tǒng)。Arduino是早期的開源飛控之一，成為了后續(xù)衍生品的基礎(chǔ)，隨后2007年，由美國(guó)3DR公司旗下DIY Drones無人機(jī)社區(qū)推出的飛控產(chǎn)品APM成為了當(dāng)今成熟的技術(shù)，也是用戶使用最多的開源系統(tǒng)。未來要求無人機(jī)傳感器具有更高的探測(cè)精度、更高的分辨率，因此高端無人機(jī)傳感器中大量應(yīng)用了超光譜成像、合成孔徑雷達(dá)、超高頻穿透等新技術(shù)。飛控一般包括傳感器、機(jī)載計(jì)算機(jī)和伺服作動(dòng)設(shè)備三大部分，實(shí)現(xiàn)的功能主要有無人機(jī)姿態(tài)穩(wěn)定和控制、無人機(jī)任務(wù)設(shè)備管理和應(yīng)急控制三大類。飛行器平臺(tái)：包括飛行機(jī)體結(jié)構(gòu)、動(dòng)力系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、通信系統(tǒng)；控制站：包括顯示系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)；通訊鏈路：包括機(jī)載通訊與地面通訊。 聯(lián)芯LC1860的無人機(jī)方案具備雙目視覺功能，在一些參數(shù)上略遜于高通/NV方案，但性價(jià)比會(huì)比較高。其推出的無人機(jī)方案具備四方案中最強(qiáng)的浮點(diǎn)并行處理能力，能夠勝任各類圖像圖形識(shí)別和高級(jí)人工智能任務(wù)。但其可以和自有環(huán)境傳感器RealSense技術(shù)配合，在環(huán)境感知和測(cè)量方面存在精度優(yōu)勢(shì)。 目前芯片業(yè)界三大巨頭:高通、Intel、Nvidia都紛紛挺進(jìn)無人機(jī)產(chǎn)業(yè)，推出以自己的移動(dòng)芯片或圖形計(jì)算芯片為核心的無人機(jī)參考設(shè)計(jì)或套件；此外中國(guó)芯片設(shè)計(jì)廠商聯(lián)芯科技也與中國(guó)無人機(jī)廠商零度智控聯(lián)合開發(fā)了用于智能無人機(jī)的方案。 云臺(tái)：保證相機(jī)穩(wěn)定，避免飛行過程中顫抖引起的畫面模糊。；216。飛機(jī)機(jī)體 包含螺旋槳、電機(jī)馬達(dá)、機(jī)體外殼等相機(jī)等4K、3D、高像素?cái)z像頭性能的有效提升和成本下降。電池電池能量密度不斷增加，使得無人機(jī)在保持較輕的重量下，續(xù)航時(shí)間能有2530分鐘，達(dá)到可以滿足一些基本應(yīng)用的程度，此外，太陽能電池技術(shù)使得高海拔無人機(jī)可持續(xù)飛行一周甚至更長(zhǎng)時(shí)間。價(jià)格不到5美元。民用無人機(jī)知識(shí)要點(diǎn)一、 民用無人機(jī)主要分類固定翼無人機(jī)：優(yōu)點(diǎn)：續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)、航程遠(yuǎn)、飛行速度快、飛行高度高、負(fù)載能力強(qiáng)缺點(diǎn)：起降受場(chǎng)地限制、不能在空中懸停直升機(jī)無人機(jī)優(yōu)點(diǎn)：載荷較大、可垂直起降、空中懸停、靈活性強(qiáng)缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障率高、維修成本高、續(xù)航時(shí)間短多旋翼無人機(jī)優(yōu)點(diǎn)：操作靈活、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、起降方便、可在空中懸停 缺點(diǎn)：續(xù)航時(shí)間短、負(fù)載能力弱、飛行速度慢二、無人機(jī)主要硬件部分發(fā)展?fàn)顩r主要硬件部分發(fā)展?fàn)顩r芯片目前一個(gè)高性能FPGA芯片就可以在無人機(jī)上實(shí)現(xiàn)雙CPU的功能，以滿足導(dǎo)航傳感器的信息融合，實(shí)現(xiàn)無人飛行器的最優(yōu)控制。慣性傳感器伴隨著應(yīng)用加速計(jì)、陀螺儀、地磁傳感器等設(shè)備廣泛應(yīng)用，MEMS慣性傳感器從2011年開始大規(guī)模興起，6軸、9軸的慣性傳感器也逐漸取代了單個(gè)傳感器，成本和功耗進(jìn)一步降低，成本僅在幾美元。WIFI等無線通信wifi等通信芯片用于控制和傳輸圖像信息，通信傳輸速度和質(zhì)量已經(jīng)可以充分滿足幾百米的傳輸需求。云臺(tái)安裝、固定攝像機(jī)的支撐設(shè)備，它要保證無人機(jī)在各種環(huán)境下做到穩(wěn)定拍攝。216。 圖像傳輸系統(tǒng)：保障圖像傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和清晰度；216。無人機(jī)關(guān)鍵芯片產(chǎn)業(yè)分析和展望在現(xiàn)有的無人機(jī)上，主流廠商使用的是ARM架構(gòu)MCU芯片，例如意法半導(dǎo)體的STM32系列（大疆精靈系列無人機(jī)采用），Atmel的Mega2560 系列等芯片，這類芯片的特點(diǎn)是：主頻低（STM32主頻在200M Hz左右，Atmel的MCU低至20M Hz），計(jì)算能力較差，往往只能支持飛行控制功能，并不能提供無人機(jī)智能化所需要的高速計(jì)算和并行計(jì)算能力。對(duì)于Intel/高通/Nvidia/聯(lián)芯四家方案的性能參數(shù)和特性見下表，這四家的方案在無人機(jī)應(yīng)用上各有特色： 高通傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)在于其深厚的無線通訊技術(shù)和移動(dòng)低功耗計(jì)算芯片的積累；其方案的CPU主頻是最高的；其方案也是所有廠商中尺寸最小的；雖然其GPU計(jì)算性能與Nvidia方案還存在一定差距，但已能夠滿足雙目視覺計(jì)算需求，且與NV同樣支持4K拍攝，因此可以判定其GPU并行計(jì)算能力滿足現(xiàn)有智能無人機(jī)需求； Intel傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域?yàn)樽烂嬗?jì)算和高性能計(jì)算，目前其優(yōu)勢(shì)在無人機(jī)領(lǐng)域體現(xiàn)并不明顯，在表11中多項(xiàng)指標(biāo)都處于劣勢(shì)。 Nvidia是全球兩大GPU廠商之一，其在圖形運(yùn)算和并行計(jì)算上有較深積累。NV劣勢(shì)在于其移動(dòng)計(jì)算和無線通信上積累較淺。 四家芯片廠商提供的智能無人機(jī)關(guān)鍵芯片模組比較廠商產(chǎn)品模組名稱 高通 Snapdragon FlightIntel Edision for Arduino Nvidia Jetson TX1 聯(lián)芯 LC1860 總體優(yōu)點(diǎn) 各方面性能均衡， 性價(jià)比較高 適配realsense模組 精度高適用環(huán)境廣 并行計(jì)算能力強(qiáng) 價(jià)格較低 可能缺點(diǎn) 適應(yīng)環(huán)境范圍 相對(duì)較窄 整體功耗較高 價(jià)格較貴 價(jià)格較高 通信能力可能偏差 綜合技術(shù)指標(biāo)較低 尺寸 58mmX40mm 88cm2 87mmX50mm 參考價(jià)格 ￥650~￥975 ￥768（網(wǎng)購）+ ￥1200（realsense） ￥2380 (官網(wǎng)價(jià)) 不詳 CPU 4x Quam Krait 400 22nm 雙核雙線程Intel Atom 64位ARM A57核心 6核CortexA7 CPU性能 500M Hz 2GHz 2GHz GPU Qualm Adreno 330GPU Intel HD Graphic Maxwell架構(gòu) 256核心 雙核Mali T628GPU GPU性能 167GFLOPs 不詳 1024GFLOPs 不詳 模組功耗 不詳 靜態(tài)35mW 動(dòng)態(tài)不詳 不超過10W 不詳 支持WiFi、藍(lán)牙 是 是 是 是 支持雙目視覺 是 支持Realsense視覺 是 是 支持高清攝像 4K 是 4K 2K 廠商擅長(zhǎng)領(lǐng)域 基帶通信 移動(dòng)計(jì)算 通用計(jì)算 先進(jìn)集成電路工藝 GPU 大規(guī)模并行計(jì)算 中國(guó)芯片廠 后起之秀 廠商特長(zhǎng)在無人機(jī)的應(yīng)用 低功耗計(jì)算 無人機(jī)群通信 高性能計(jì)算 機(jī)器視覺計(jì)算 人工智能 性價(jià)比高 三、 無人機(jī)主要系統(tǒng)無人機(jī)系統(tǒng)主要由三部分組成，分別為飛行器平臺(tái)、控制站與通訊鏈路。四、 飛行器平臺(tái)主要系統(tǒng)飛控系統(tǒng)飛控系統(tǒng)是無人機(jī)的“駕駛員”，是無人機(jī)完成起飛、空中飛行、執(zhí)行任務(wù)和返場(chǎng)回收等整個(gè)飛行過程的核心系統(tǒng)。（其中，機(jī)身大量裝配的各種傳感器(包括角速率、姿態(tài)、位置、加速度、高度和空速等)是飛控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是保證飛機(jī)控制精度的關(guān)鍵。）現(xiàn)有飛控系統(tǒng)是開源與閉源系統(tǒng)的結(jié)合。目前主要的開源系統(tǒng)有APM、PXPPZ、MWC、OpenPilot等。相比開源系統(tǒng)，無人機(jī)廠商自身的閉源系統(tǒng)加入了許多優(yōu)化算法、簡(jiǎn)化了調(diào)參與線束，變得更加簡(jiǎn)單易用。導(dǎo)航系統(tǒng)向無人機(jī)提供參考坐標(biāo)系的位置、速度、飛行姿態(tài)，引導(dǎo)無人機(jī)按照指定航線飛行，相當(dāng)于有人機(jī)系統(tǒng)中的領(lǐng)航員。無人機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)主要分非自主(GPS等)和自主(慣性制導(dǎo))兩種，但分別有易受干擾和誤差積累增大的缺點(diǎn)，而未來無人機(jī)的發(fā)展要求障礙回避、物資或武器投放、自動(dòng)進(jìn)場(chǎng)著陸等功能，需要高精度、高可靠性、高抗干擾性能，因此多種導(dǎo)航技術(shù)結(jié)合的“慣性 + 多傳感器 +GPS+ 光電導(dǎo)航系統(tǒng)”將是未來發(fā)展的方向。不同用途的無人機(jī)對(duì)動(dòng)力裝置要求也不同。渦輪有望逐步取代活塞，新能源發(fā)動(dòng)機(jī)提升續(xù)航能力。隨著渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)推重比、壽命不斷提高、油耗降低，渦輪將取代活塞成為無人機(jī)的主力動(dòng)力機(jī)型。數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)（通信系統(tǒng)）數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)（通信系統(tǒng)）是無人機(jī)和控制站之間的橋梁，是無人機(jī)的真正價(jià)值所在。下行通信鏈路主要負(fù)責(zé)無人機(jī)到地面站的遙測(cè)數(shù)據(jù)、紅外或電視圖像的發(fā)送和接收?，F(xiàn)代數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)者無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈向著高速、寬帶、保密、抗干擾的方向發(fā)展。從美國(guó)制定的無人機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展戰(zhàn)略上看，數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)從最初 IP 化的傳輸、多機(jī)互連網(wǎng)絡(luò)，正在向衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換傳輸，以及最終的完全全球信息格柵(GIG)配置過渡，為授權(quán)用戶提供無縫全球信息資源交互能力，既支持固定用戶、又支持移動(dòng)用戶。目前無人機(jī)領(lǐng)域主流的機(jī)器視覺硬件技術(shù)有：雙目機(jī)器視覺、紅外激光視覺、超聲波輔助探測(cè)等方式。雙目機(jī)器視覺的門檻不在于根據(jù)視角信息α、β和間距d解算距離L，而在于讓計(jì)算機(jī)能夠在畫面中將物體從背景中“提取”出來。 對(duì)人眼來說將一個(gè)物體從背景畫面當(dāng)中區(qū)分開來是一件很自然的事情，但對(duì)于計(jì)算機(jī)就不同了：同一景物在不同視點(diǎn)的攝像機(jī)圖像平面上的成像會(huì)發(fā)生不同程度的扭曲和變形，要讓計(jì)算機(jī)模糊分割出物體，圖像分割算法需要做卷積/微分等大計(jì)算量運(yùn)算；而無人機(jī)這種要求實(shí)時(shí)測(cè)距的場(chǎng)景下需要的總體計(jì)算性能就更高了。其基本原理見下圖，其測(cè)距原理與雙目視覺類似，但識(shí)別對(duì)象從物體替換成了打在物體表面的紅外激光點(diǎn)。紅外激光視覺的必要代價(jià)是將兩個(gè)攝像頭替換為紅外攝像頭，并增加一個(gè)紅外激光掃描器的硬件成本以及功耗。目前僅紅外攝像+激光組件在電商網(wǎng)站可查詢到的價(jià)格超過￥1200，遠(yuǎn)高于高通Snapdragon820芯片的大客戶優(yōu)惠價(jià)（約￥400~￥500，）。 除了對(duì)計(jì)算量要求小以外，紅外激光機(jī)器視覺還具有兩大優(yōu)點(diǎn)： 相比雙目，其應(yīng)用時(shí)間與范圍更廣，可在暗夜和照明條件不好的室內(nèi)使用。 n （包括大疆在內(nèi)多家廠商使用作為輔助手段） 超聲波測(cè)障是一種較為成熟的技術(shù)，已廣泛使用在軍/民用多種應(yīng)用場(chǎng)合之中。缺點(diǎn)在于精度較差，只能用于探測(cè)障礙是否存在，無法提取精確空間信息用作路徑規(guī)劃。 機(jī)器視覺軟件技術(shù)n 光流算法是一種單攝像機(jī)視覺技術(shù)，完全依賴軟件算法解決了運(yùn)動(dòng)檢測(cè)和定位問題。如果我們假定背景物體不動(dòng)而是攝像機(jī)在運(yùn)動(dòng)，則可以通過相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度得出不同背景距離攝像機(jī)的相對(duì)距離。但其缺點(diǎn)在于精度低，且局限性較大（不適用于照明不良的室內(nèi)，玻璃，細(xì)小的電線）。其他的圖像分割算法包括多尺度邊緣檢測(cè)、基于小波變換的分割算法、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分割算法等。各類邊緣檢測(cè)算法的共同特征是對(duì)計(jì)算要求非常高。對(duì)于飛行速度可高達(dá)20m/s的四軸無人機(jī)而言，將不能對(duì)環(huán)境中突然出現(xiàn)的一些物體及時(shí)反應(yīng)。要讓無人機(jī)區(qū)分物體是什么的軟件技術(shù)是圖像識(shí)別算法。在2015年12月初舉辦的第六屆ImageNet圖像識(shí)別大賽中，微軟擊敗了谷歌、英特爾、高通和騰訊等公司獲得第一名，其使用的“深度駐留學(xué)習(xí)技術(shù)”是“深度學(xué)習(xí)”技術(shù)的一種改進(jìn)。n 人臉識(shí)別算法 圖像識(shí)別應(yīng)用的一個(gè)子類：人臉和步態(tài)識(shí)別能夠進(jìn)一步拓展智能無人機(jī)的應(yīng)用。當(dāng)步態(tài)/人臉識(shí)別技術(shù)能夠成熟搭載在智能無人機(jī)上之后，警用智能無人機(jī)就能夠完成自主飛行，自主掃描和跟蹤目標(biāo)等任務(wù)，將減輕警察部門的