除了飛控,無人機還有哪些技術門檻?
據了解,無人機的核心技術主要集中在飛控、遙控、圖傳、云臺等技術方向,這些因素共同決定了無人機系統的飛行穩定、安全、航程、圖像穩定性等技術指標。
其中飛控技術是無人機實現自主飛行的核心技術。飛控系統硬件方面一般包括控制計算機、傳感器、導航設備、執行機構等設備構成。在以往,無人機飛控系統主要采用開源平臺,如德國MK、美國APM、PX4、MWC等公司都帶頭講自己的無人機飛控系統進行了開源。2014年Linux也參與了無人機開源系統的合作。這種做法大大降低了飛控的技術門檻,也推動了無人機產業的快速發展。
但是,為了將自己的產品做出差異化,掌握核心競爭力,越來越多的公司開始在開源平臺上進行二次開發,自己來做無人機飛控系統。例如加拿大的Micro pilot、美國UAV Flight Systems,零度智控、北京普洛特、大疆、天下圖等。
遙控技術則主要取決于無線通信方式,無人機通信一般采用微波通信,微波是一種無線電波,它傳送的距離一般可達幾十公里。頻段一般是902-928MHZ,常見有MDSEL805,一般都選用可靠的跳頻數字電臺來實現無線遙控。目前無人機普遍采用2.4G無線通信芯片,由于通信數據量不大所以延時極低,主要講究信號的穩定性和操作的實時性,一般可靠距離在1KM以內。在無人機和地面的通信芯片方面,高通計劃測試4G網絡,以及正在快速發展的5G通信技術在無人機通信上的應用。
除了無線遙控,無線通信同樣被應用到視頻傳輸上。消費級主流的方案使用2.4G WiFi圖傳,傳輸距離在500-800m左右。高清圖傳的傳輸距離更遠、延時性更低和更高分辨率的畫質,對視頻的編解碼要求很高。實時圖傳指標有三個分別為距離,分辨率及延時程度。大疆采用的OFDM(信道編碼的正交頻分復用)全數字調制解調技術,其多載波等技術特點,抗多徑能力強,具備“非視距”、“繞射”傳輸特點和良好穿透能力,能夠滿足無人機無線通信任務。據了解,大疆的OFDM在廣闊沒干擾地區可以做到5公里圖傳,這個技術目前大疆獨占。因為這套算法跟硬件都需要一定的技術積累。分辨率這個現在大家都可以做到720P。而延時程度這個很重要,大疆可以做到幾乎感覺不到圖傳延時,大概0.3秒。
新門檻:避障技術以及計算機視覺
隨著無人機產品逐漸的升級換代,壁障、機器視覺、跟隨(Follow Me)等新興應用層出不窮。在2016年CES展上,有多家無人機廠商就展示了最新的壁障技術。
目前無人機多用超聲、紅外和視覺等方式結合進行避障。不同的避障技術優缺點各不相同,針對之前避障方式魯棒性(Robust)差的問題,Aerotenna把微波雷達技術引入了無人機,并基于此技術開發了基于微波雷達技術的無人機高度計和360度全向避障模塊。
對于無人機的安全性來說,會避障將是一個巨大的提升,也會讓應用領域更廣泛。避障的實現方式有很多種,除了上述提到的微博雷達技術外,計算機視覺技術也可以應用于避障。依靠計算機視覺芯片,未來的無人機將具備自動飛行的能力(無需地面操控員利用設備控制),它們能夠自動躲避高壓線、尋找著陸范圍、自動在異常氣候條件下修正飛行路線。隨著計算機視覺系統不斷完善,未來的無人機將在商品快遞等領域發揮出巨大作用。
雙目立體視覺(Binocular Stereo Vision)是機器視覺的一種重要形式,零度智控推出的雙目深度算法基于視差原理并利用成像設備從不同的位置獲取被測物體的兩幅圖像,通過計算圖像對應點間的位置偏差,來獲取物體三維幾何信息的方法。融合兩只眼睛獲得的圖像并觀察它們之間的差別(視差圖像),使我們可以獲得明顯的深度感,建立特征間的對應關系,將同一空間物理點在不同圖像中的映像點對應起來。雙目視覺深度恢復技術可以使智能機器人具備對環境的深度感知能力。
基于計算機視覺的無人機還可以完成諸多功能,例如手勢操作、光流及聲吶定位、電子穩像等。
除此之外,在跟隨功能上,被應用到VR設備HTC Vive的Lighthouse光學位置追蹤系統可替代目前機器人追蹤巡航系統。特別是室內遠距離精準追蹤??梢詫崿F在室內跟蹤四旋翼無人機,不必再花5萬美金買一套Vicon光學運動追蹤系統。
傳統的民用無人機并不需要強悍的計算能力,基本的操作都在目視距離之內。直到最近幾年,電池動力多軸旋翼與機載攝像裝置的結合讓新手也可以快速學會無人機操控,同時也對無人機自身的電子設備能力提出了很高的要求:飛行器與地面的通訊帶寬要大幅增加以傳輸視頻數據;最好擁有障礙探測與規避能力以彌補操控者經驗的不足;無人機要和其他電子設備很好地協作,方便操控與實現各類用途,等等。加上上面提到的機器視覺、壁障等功能都需要強大的圖形運算處理能力和高效的深度算法,因此對于無人機的主控平臺提出了越來越高的要求。
傳統的單片機(MCU)已經無法再滿足無人機的需求,而處理器廠商正在對無人機領域虎視眈眈。由于無人機的機體通常不會很快損壞,使用年限較長;但核心電子器件的換代會很迅速,每隔一兩年就會有更新、更強的芯片面世,提升無人機的綜合能力。為無人機更換處理模塊將像為PC升級組件一樣平常,這就意味著巨大的商機。此外無人機控制系統需要用到應用處理器,這和手機內部的處理器并無本質區別,另外空中飛行的無人機需要和地面控制人員和設備進行通信,也將給通信芯片廠商帶來巨大的商機。
一架售價一千美元的無人機安裝的處理模塊可能賣到三百美元,相當于一顆PC CPU的售價。未來價值數百億美元的無人機產業中,芯片企業足可以分得一百億美元甚至更多的蛋糕。此外由于無人機的很多技術與無人駕駛汽車相通,為前者研發的芯片技術很容易成為后者的積淀。如果能在無人機芯片領域獲得領先優勢,進而就可以在更重要的自動駕駛汽車產業成為關鍵角色。
也因此包括高通、英特爾在內的SOC公司正在采用了比微控制器(MCU)更為強大的CPU或是ARM Cortex-A系列處理器作為飛控主芯片。這些芯片巨頭的加入證明芯片技術在未來無人機發展中的重要性不可忽視,芯片也成為了未來無人機產業的關鍵核心組件。和智能手機時代一樣,無人機制造商也希望高通、英特爾這些芯片制造商,能夠提供完整的芯片解決方案。將來用戶在選購無人機時也要在意其使用了什么等級的CPU,乃至在專用測試程序中的成績;也許“不服跑個分”的適用范圍又要擴大了。
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