2016无人机行业深度报告

2016-09-09 17:21:14    来源:新闻组

摘要:  无人机行业处于发展初期,针对未来出货量、行业应用情况等的预测具备较大不确定性,仅从潜在市场角度进行估算。

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  1)小型化的无人机更贴近消费者,在操作性、安全性和性价比上更有优势。

  2)目前自动避障、跟随等功能已经成为主流消费级无人机旗舰机型的标配,未来基于计算机视觉、机器学习等技术的进步,无人机将继续智能化,成为真正的人工智能搭载终端,以及物联网的组成部分。

  3)消费级无人机目前虽仍以航拍为主要功能,但针对不同需求,已拓展出专业拍摄、运动拍摄、爱好者和社交应用等细分领域。根据不同领域使用者的特点优化无人机软硬件及系统功能。

  02无人机行业加速发展的驱动因素

  近两年我国民用无人机行业,尤其是消费级无人机的快速发展主要基于技术进步、投融资、政策等层面的因素。

  2.1技术进步、成本下降使小微型无人机快速进入民用市场

  2.1.1细分类别中,技术进步促使多旋翼无人机产品化

  如前文所述,无人机可以根据重量、飞行高度、飞行距离和时间等参数划分为不同的级别,而针对不同的行业和消费者应用领域,无人机也会展现不同的外形和功能特点。

  按照外形结构划分,无人机主要包括固定翼、多旋翼、无人直升机三大类,此外还有飞艇等。根据中国航空器拥有者及驾驶员协会(AOPA)的数据,截至2015年11月取得驾驶员合格证的1250人中,航空器类别为固定翼193人,直升机137人,多旋翼933人,飞艇5人。

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  其中,多旋翼无人机由于结构简单,成本低,且能垂直起降活动方便,因而在民用领域应用最为广泛。但由于多旋翼无人机不具备固定翼的自稳定系统(起飞后稳定状态下可以自动保持稳定飞行),也不具有直升机的完整驱动系统(借助多向推动力自由调整飞行姿态),因而多旋翼无人机相对较难控制,需要较强的自动控制系统。

  由于多旋翼无人机受到载荷较小的限制,此前遭遇的另一个较大障碍是惯性导航系统过重(十几公斤)而难以应用。20世纪90年代后,微机电系统(MEMS)技术成熟,MEMS惯性导航系统的重量大幅下降至几克,从而可以应用到多旋翼飞行器的自动控制器。此后经过算法研究以及机载运算能力的提升等,直到2005年左右,多旋翼无人机技术才开始走向成熟。2010年后,从法国Parrot公司开始陆续有众多公司推出了四旋翼无人机产品,四旋翼无人机逐步成为了消费级无人机的代表产品。

  2.1.2无人机构造与主要技术环节突破

  可以将无人机构成分为飞机平台、有效载荷、地面控制三大系统部分,其中飞机平台系统包括动力系统、飞控系统、电气系统、通信系统,以及机体五大部分,见下图。

  具体来看:

  1)动力系统——目前主流的民用无人机多采用活塞式发动机和电动机。对于消费级无人机和其他微型无人机,电动动力系统成本较低、使用便利,应用更广。电动动力系统主要包括动力电机、电源和调速系统。

  2)飞控系统——又称为飞行管理与控制系统,是决定飞行性能的核心。具体涉及无人机的发射回收、航迹控制(与导航系统协同)、任务设备管理、信息收集传输等功能。传感器是飞控系统的设计基础,常用传感器包括角速率传感器、姿态传感器、位置传感器、加速度传感器、高度传感器等等。飞控计算机的主处理控制器可以使用通用处理器(MPU)、微处理器(MCU)、数字信号处理器(DSP)、可编程门阵列(FPGA)等。此外飞控系统还包括伺服执行机构(用于根据飞控计算机的指令实现对无人机的飞行控制),以及飞控软件。

  3)电气系统——包括电源和配电系统组成的供电系统,以及用电设备。

  4)通信系统——终端硬件通常可以集成在地面控制站和机载硬件中,主要用于指挥控制、空中交通管制等。

  5)有效载荷——任务设备根据用途可以分为航拍相机、测绘雷达、激光测距等。如载荷相机时,还需要用于稳定相机的云台。

  6)地面控制——地面控制站可以多个协同,实现数据链控制、飞行控制、载荷控制、载荷数据处理等功能。

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  如上所述的机体五大组成部分,辅以地面控制系统和有效载荷,则能够实现无人机的稳定飞行和各种任务。下图所示为无人机几大模块的协作模式示意图,以及飞控系统的工作原理示意图。

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