一.前言
????上一篇中回顧了多旋翼無人機的發(fā)展史，對多旋翼無人機領(lǐng)域的現(xiàn)狀以及未來發(fā)展趨勢進行了淺析，本篇將對多旋翼無人機的技術(shù)發(fā)展進行回顧，剖析多旋翼無人機的技術(shù)組成。
二.多旋翼無人機技術(shù)發(fā)展歷程及未來技術(shù)發(fā)展趨勢淺析
????眾所周知，多旋翼無人機因其機械結(jié)構(gòu)簡單，操作便利而深受廣大航模愛好者喜愛。最初的多旋翼無人機由以下幾部分組成（這里稱為階段一）：
1.????IMU（慣性測量單元），用于測量多旋翼飛行器的三軸加速度、角速度。
2.????氣壓計，用于測量多旋翼飛行器的海拔高度。
3.???遙控接收/發(fā)送模塊，用于提供多旋翼飛行器的手動操作功能。
4.????動力系統(tǒng)，包括電機、槳葉，用于提供飛行器升力及扭矩。
5.????機身骨架，用于安裝以上各模塊。
????與傳統(tǒng)的無人機相比而言，多旋翼無人機的組成可以說是相當?shù)暮唵瘟耍@也是其受眾較廣的原因之一。然而，也正因為如此，最初的多旋翼無人機只能實現(xiàn)較為簡單的功能，如飛行器姿態(tài)穩(wěn)定以及高度穩(wěn)定等。同時，盡管其操作相比其他無人機簡單許多，但對于毫無操作經(jīng)驗的一般用戶而言，操作一臺這樣的多旋翼無人機依然存在較大難度。這也是多旋翼無人機行業(yè)發(fā)展緩慢的重要原因之一。在當時，航模愛好者們僅僅將其當作航模飛行器。
????工程師們不滿足于當時的多旋翼飛行器，既然多旋翼飛行器存在這么多的優(yōu)點，為何不好好挖掘一下它的潛力呢？終于，在工程師與技術(shù)愛好者們的努力下，多旋翼無人機開始往自主飛行的方向發(fā)展（這里稱為階段二）。工程師們在階段一的基礎(chǔ)上，對多旋翼無人機的組成進行了優(yōu)化升級，添加了：
1.???GPS模塊，用于測量飛行器的速度、位置等信息。
2.? ??磁力計模塊，用于測量飛行器所處環(huán)境的磁場場強。
3.????圖像傳輸模塊，用于傳輸實時圖像數(shù)據(jù)。
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4.? ??相機及其他負載，用于拍攝照片以及視頻等。
? ??這一階段的多旋翼飛行器已經(jīng)能夠較容易實現(xiàn)懸停飛行以及半自主飛行（基于人工設(shè)定航點任務(wù)的自動飛行功能），同時，能夠搭載不同負載，實現(xiàn)原本大型航拍器才能實現(xiàn)的航拍以及測繪等任務(wù)。然而，僅僅具備基本的業(yè)務(wù)能力與飛行能力無法大批量推向市場。
??? 于是，工程師們繼續(xù)在多旋翼無人機的穩(wěn)定性上投入大量精力（這里稱為階段三）。這一階段的多旋翼飛行器加入了以下傳感器/功能：
1.????超聲波/TOF測距儀
2.? ??光流傳感器
3.? ??雙目相機
4.? ??毫米波雷達/激光雷達
5.? ? 多傳感器冗余/系統(tǒng)級冗余
????同時，考慮到飛控主控芯片運算能力有限，采用運算性能更強、外設(shè)資源更豐富的機載計算機執(zhí)行獨立的視覺算法以及智能算法。在這些傳感器的輔助下，多旋翼飛行器能夠?qū)崿F(xiàn)：
1.?? ??低空高精度懸停
2.?? ??自主避障
3.?? ??半自主路徑規(guī)劃
4.? ??傳感器故障情況下的容錯
? ??這些功能大幅提升了飛行器的飛行穩(wěn)定性，降低了多旋翼無人機的操作難度，使得毫無飛行經(jīng)驗的用戶也能夠做到上手即飛。消費級多旋翼無人機市場在這一階段進入高速發(fā)展時期。于此同時，下游的供應(yīng)商也隨著消費級多旋翼無人機市場的發(fā)展而日趨成熟。消費級多旋翼無人機的配套傳感器成本迅速下降，這也為多旋翼無人機的小型化與降本提供了巨大的幫助。
????隨著傳感器與芯片的成本下降，消費級無人機開始進入小型化與降本的階段。大量微型多旋翼無人機應(yīng)運而生，這些微型無人機介于小型航拍無人機與玩具級無人機之間，具備完整的多旋翼航拍無人機功能，價格更為親民。
????相比而言，行業(yè)級多旋翼無人機卻顯得發(fā)展緩慢，我認為，主要原因有以下幾點：
1.?? ??行業(yè)級多旋翼無人機需求量相對較小，然而由于機身多采用碳纖結(jié)合機加工件組合的形式，導致其生產(chǎn)周期長，公差較消費級多旋翼無人機的塑料開模機身更大，質(zhì)量把控難度更高。
2.?? ??行業(yè)級多旋翼無人機出貨量較小，供應(yīng)商體系不成熟，導致整機成本相比消費級多旋翼無人機高出許多。
3.?? ??行業(yè)級多旋翼無人機多以項目采購為主要銷售途徑，不如消費級多旋翼無人機市場透明。
4.?? ??行業(yè)級用戶對于多旋翼無人機認知尚淺，期望遠大于當前實際水平。
5.?? ??行業(yè)級用戶對于飛行器安全性的需求遠大于消費級用戶，當前的多旋翼無人機產(chǎn)品無法達到預(yù)期。
6.? ??行業(yè)級用戶需求繁多，在目前沒有成熟的行業(yè)規(guī)范支持下，行業(yè)級多旋翼無人機項目多以零散的定制項目為主，工作量大，需求量小。
三.? ??多旋翼無人機主流技術(shù)淺析
從技術(shù)層面看，當前的多旋翼無人機幾大主流技術(shù)分別為：
1.?? ??數(shù)字信號處理算法
2.?? ??傳感器數(shù)據(jù)融合及組合導航算法
3.?? ??姿態(tài)與速度控制算法
4.?? ??故障診斷技術(shù)
5.?? ??路徑規(guī)劃技術(shù)
6.?? ??容錯控制技術(shù)
前三項技術(shù)支撐了多旋翼無人機的穩(wěn)定飛行，后三項技術(shù)提高了無人機的容錯能力以及智能化程度。目前多旋翼無人機的幾大痛點：
1.?? ??使用環(huán)境復(fù)雜，使用者操作水平層次不齊導致的墜機率居高不下問題。
2.?? ??飛行時間較短，載重與續(xù)航時間存在不可調(diào)和的矛盾。
3.? ??攜帶便利性較差，使用頻率大幅度降低。
4.?? ??智能化程度較低，無法在復(fù)雜環(huán)境脫離人工操作，獨立執(zhí)行任務(wù)。
5.?? ??成本居高不下。
????由于以上幾大痛點的存在，行業(yè)級無人機發(fā)展緩慢。行業(yè)級用戶多為政府機關(guān)單位，使用者缺乏操作經(jīng)驗，然而其對于飛行器自身的穩(wěn)定性要求非常高，但由于飛行環(huán)境的不確定性，當前的多旋翼飛行器往往在執(zhí)行任務(wù)的過程中存在較高的墜機率，這也使得行業(yè)用戶對于多旋翼無人機的使用存在一定的畏懼心理。此外，行業(yè)級多旋翼無人機市場需求的挖掘還不夠充分，無法使用統(tǒng)一的飛行平臺去滿足不同行業(yè)用戶的需求，這也就間接導致了行業(yè)級用戶對于多旋翼無人機的使用欲望并沒有那么強烈。
????針對這一現(xiàn)狀，行業(yè)級無人機的未來必然會在安全性、操縱性、容錯性以及智能化等特性上進行大幅度的提升。通過組合多種傳感器的方式提升組合導航系統(tǒng)的可靠性，增加多旋翼無人機在復(fù)雜使用環(huán)境時的魯棒性，降低墜機概率，同時，優(yōu)化用戶操作邏輯，降低多旋翼無人機對于操作者的操作要求，提升用戶體驗，降低因操作導致的墜機概率。此外，對于飛行器自身的子模塊添加故障診斷系統(tǒng)，在子系統(tǒng)故障時，及時切換算法策略，優(yōu)先保障飛行安全。最后，通過增加視覺、激光雷達/毫米波雷達等傳感器，提升多旋翼無人機的感知水平，使其具備全自主飛行的能力，滿足更普遍的行業(yè)用戶需求。如此這般，行業(yè)級多旋翼無人機市場才有可能進入快速發(fā)展期！
