無人機的誕生可以追溯到1914年。當時第一次世界大戰正進行得如火如荼，英國的卡德爾和皮切爾兩位將軍，向英無人駕駛飛機國軍事航空學會提出了一項建議：研制一種不用人駕駛，而用無線電操縱的小型飛機，使它能夠飛到敵方某一目標區上空，將事先裝在小飛機上的炸彈投下去。那之后軍用無人機便誕生了。

　　而消費無人機自2014年進入公眾視野以來，一直保持著超高的關注度。隨著無人機行業持續升溫，整個消費級無人機市場也正在迅速膨脹，并呈現爆發增長的態勢。從研究機構EVTank的數據來看，2013—2015年3年內，全球民用無人機的市場銷量分別為15萬架、37.8萬架和57萬架，其中消費級市場需求是專業級無人機的兩倍左右，并且以每年50%的速度快速增長。

  本文搜集了世上最全的無人機知識，包括分類、技術難點、發展歷史、產業鏈、相關政策、市場分析…希望此文能夠帶您走進無人機的世界。

   上篇：

   1.無人機是什么

　　無人機是無人駕駛飛機的簡稱(Unmanned Aerial Vehicle)，是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置的不載人飛機，包括無人直升機、固定翼機、多旋翼飛行器、無人飛艇、無人傘翼機。廣義地看也包括臨近空間飛行器(20-100公里空域)，如平流層飛艇、高空氣球、太陽能無人機等。從某種角度來看，無人機可以在無人駕駛的條件下完成復雜空中飛行任務和各種負載任務，可以被看做是“空中機器人”。

　　按照不同平臺構型來分類，無人機可主要有固定翼無人機、無人直升機和多旋翼無人機三大平臺，其它小種類無人機平臺還包括傘翼無人機、撲翼無人機和無人飛船等。固定翼無人機是軍用和多數民用無人機的主流平臺，最大特點是飛行速度較快;無人直升機是靈活性最強的無人機平臺，可以原地垂直起飛和懸停;多旋翼(多軸)無人機是消費級和部分民用用途的首選平臺，靈活性介于固定翼和直升機中間(起降需要推力)，但操縱簡單、成本較低。

　　按不同使用領域來劃分，無人機可分為軍用、民用和消費級三大類，對于無人機的性能要求各有偏重：

　　1)軍用無人機對于靈敏度、飛行高度速度、智能化等有著更高的要求，是技術水平最高的無人機，包括偵察、誘餌、電子對抗、通信中繼、靶機和無人戰斗機等機型;

　　2)民用無人機一般對于速度、升限和航程等要求都較低，但對于人員操作培訓、綜合成本有較高的要求，因此需要形成成熟的產業鏈提供盡可能低廉的零部件和支持服務，目前來看民用無人機最大的市場在于政府公共服務的提供，如警用、消防、氣象等，占到總需求的約70%，而我們認為未來無人機潛力最大的市場可能就在民用，新增市場需求可能出現在農業植保、貨物速度、空中無線網絡、數據獲取等領域;

　　3)消費級無人機一般采用成本較低的多旋翼平臺，用于航拍、游戲等休閑用途。

　　圖：世界民用無人機使用領域構成。

　　2.無人機技術難點

　　1、飛控系統是無人機的“駕駛員”-更精確、更清晰

　　飛控子系統是無人機完成起飛、空中飛行、執行任務和返場回收等整個飛行過程的核心系統，飛控對于無人機相當于駕駛員對于有人機的作用，我們認為是無人機最核心的技術之一。飛控一般包括傳感器、機載計算機和伺服作動設備三大部分，實現的功能主要有無人機姿態穩定和控制、無人機任務設備管理和應急控制三大類。

　　圖：飛機架構

　　其中，機身大量裝配的各種傳感器(包括角速率、姿態、位置、加速度、高度和空速等)是飛控系統的基礎，是保證飛機控制精度的關鍵，在不同飛行環境下、不同用途的無人機對傳感器的配置要求也不同。未來對無人機態勢感知、戰場上識別敵我、防區外交戰能力等方面的需求，要求無人機傳感器具有更高的探測精度、更高的分辨率，因此國外無人機傳感器中大量應用了超光譜成像、合成孔徑雷達、超高頻穿透等新技術。

　　2、導航系統是無人機的“眼睛”，多技術結合是未來方向

　　導航系統向無人機提供參考坐標系的位置、速度、飛行姿態，引導無人機按照指定航線飛行，相當于有人機系統中的領航員。無人機載導航系統主要分非自主(GPS等)和自主(慣性制導)兩種，但分別有易受干擾和誤差積累增大的缺點，而未來無人機的發展要求障礙回避、物資或武器投放、自動進場著陸等功能，需要高精度、高可靠性、高抗干擾性能，因此多種導航技術結合的“慣性+多傳感器+GPS+光電導航系統”將是未來發展的方向。

　　3、動力系統-渦輪有望逐步取代活塞，新能源發動機提升續航能力

　　不同用途的無人機對動力裝置的要求不同，但都希望發動機體積小、成本低、工作可靠：1)無人機目前廣泛采用的動力裝置為活塞式發動機，但活塞式只適用于低速低空小型無人機;2)對于一次性使用的靶機、自殺式無人機或導彈，要求推重比高但壽命可以短(1-2h)，一般使用渦噴式發動機;3)低空無人直升機一般使用渦軸發動機，高空長航時的大型無人機一般使用渦扇發動機(美國全球鷹重達12t);4)消費級微型無人機(多旋翼)一般使用電池驅動的電動機，起飛質量不到100克、續航時間小于一小時。

　　往前看，我們認為隨著渦輪發動機推重比、壽命不斷提高、油耗降低，渦輪將取代活塞成為無人機的主力動力機型，太陽能、氫能等新能源電動機也有望為小型無人機提供更持久的生存力。

　　4、數據鏈是“放風箏的線”–從獨立專用系統向全球信息格柵(GIG)過渡

　　數據鏈傳輸系統是無人機的重要技術組成，負責完成對無人機遙控、遙測、跟蹤定位和傳感器傳輸，上行數據鏈實現對無人機遙控、下行數據鏈執行遙測、數據傳輸功能。普通無人機大多采用定制視距數據鏈，而中高空、長航時無人機則都會采用視距和超視距衛通數據鏈。

　　現代數據鏈技術的發展推動者無人機數據鏈向著高速、寬帶、保密、抗干擾的方向發展，無人機實用化能力將越來越強。往前看，隨著機載傳感器、定位的精細程度和執行任務的復雜程度不斷上升，對數據鏈的貸款提出了很強的要求，未來隨著機載高速處理器的突飛猛進，預計幾年后現有射頻數據鏈的傳輸速率將翻倍，未來在全天候要求低的領域可能還將出現激光通訊方式。

　　從美國制定的無人機通信網絡發展戰略上看，數據鏈系統從最初IP化的傳輸、多機互連網絡，正在向衛星網絡轉換傳輸，以及最終的完全全球信息格柵(GIG)配置過渡，為授權用戶提供無縫全球信息資源交互能力，既支持固定用戶、又支持移動用戶。

　　3.無人機發展緣起

　　1、軍用技術溢出，成本下降引爆民用市場

　　戰爭是無人機發展的頭號牽引力，20世紀末經歷三大技術發展浪潮

　　毫無疑問，無人機發展的初期是為了純粹的軍事用途：一戰時期英國研制的世界第一款無人機被定義為“會飛的炸彈”，二戰時期德軍已經開始大量應用無人駕駛轟炸機參戰;二戰后無人機研發的中心出現在美國和以色列，用途延伸至戰地偵察和情報搜集，無人機被派往朝鮮、越南和海灣戰場協助美軍和以色列軍隊作戰。正是由于無人機在偵查方面低成本、控制靈活、持續時間長的天然優勢，各國軍隊相繼投入大量經費研發無人機系統。

　　無人機技術在20世紀末經歷了三次發展浪潮、真正進入了第一個“黃金時代”：1)1990年后，全球共有30多個國家裝備了師級(大型)戰術無人機系統，代表機型有美國“獵人”、“先驅者”，以色列“偵察兵”、“先鋒”等;2)1993年后，中高空長航時軍用無人機得到迅速發展，以美國“蒂爾”無人機發展計劃為代表，在波黑戰爭中大放異彩;3)20世紀末，旅團級(中小型)固定翼和旋翼戰術無人機系統出現，其體積小、價格更低、機動性好，標志著無人機進入大規模應用時代。

　　早期的航空技術解決的是無人機能夠飛行的問題，而20世紀80年代以來現代技術的發展為無人機更高的飛行性能、更好的可靠性提供了條件，其中：1)智能化：自主飛控技術、急劇攀升的計算機處理能力推動無人機向智能化發展，真正成為“會思考”的空中機器人;2)高速帶寬：高速寬帶網數據鏈實現無人機組網和互相連通，無人機編組、空地裝備聯合成為可能;3)更輕的材料和傳感器：材料科學和微機電技術進一步減輕無人機平臺重量、提高精確度;4)更強的續航能力：電池續航能力的大幅上升，以及新能源技術賦予無人機更長的飛行時間。

　　2、技術向民用外溢，無人機產業化進入普及時代

　　由于軍用無人機在”3D”(DULL，DIRTY，DANGEROUS)環境下執行任務的顯著優勢以及靈活機動的特性，民用各行各業對無人機的應用也翹首以盼。但相比軍用無人機近百年的發展歷史，民用無人機在上世紀80年代軍用無人機的現代系統得到大發展的基礎上才開始嘗試應用，各領域全面開花應用只有10余年時間。

　　日本的民用無人機開發較早：早在1983年雅馬哈公司采用摩托車發動機，開發了一種用于噴灑農藥的無人直升機，1989年其成為實際首架成功用于試飛的無人直升機，2002年CERP公司及發明一款JAXA多用途民用無人機;2003年開始，耗時3年，岐阜工業協會先后開發了4代無人機產品，主要應用于森林防火、地震災害評估等領域;

　　美國NASA牽頭成立世界級無人機應用中心：2003年美國NASA成立世界級的無人機應用中心，專門研究裝有高分辨率相機傳感器無人機的商業應用。

　　近年美國國家海洋和大氣管理局用無人機追蹤熱帶風暴有關數據，借此完善颶風預警模型。2007年森林大火肆虐時，美國宇航局使用“伊哈納”(Ikhana)的無人機來評估大火的嚴重程度，以及災害的損失估算工作。2011年墨西哥灣鉆井平臺爆炸后艾倫實驗室公司的無人機協助溢油監測和溢油處理等。

　　以色列也專門組建了一個民用無人機及其工作模式的試驗委員會，2008年給予“蒼鷺“無人機非軍事任務執行證書，并與有關部門合作展開多種民用任務的試驗飛行。。

　　歐洲在2006年制定并即刻實施的“民用無人機發展路線圖”，之后歐盟擬籌夠一個泛歐民用無人機協調組織，為解決最關鍵的空中安全和適航問題提供幫助。

　　中國起步早，近年發展較快：中國上世紀80年代，就將自行開發的無人機(脫胎于軍用機型)在地圖測繪和地質勘探中做了嘗試。近些年，專為民用研制額”黔中“1號無人機與2010年順利首飛，2011你那國產”蜜蜂“28無人機，可全自主起飛、著陸、懸停和航路規劃，能應用農業噴灑、電力巡檢、防災應急、航拍測繪、中繼通信等。

　　對于民用領域，無人機僅僅是一個飛行平臺，其功能歸根到底要通過機載系統中的任務載荷設備來完成。

　　和ToB端各行各業無人機領域快速發展相比，近兩年ToC消費端航拍、娛樂等市場，受益于無人機各方面技術的成熟和成本的大幅下降，可謂是爆發式發展。深圳大疆成立于06年，10年僅幾百萬收入，13年高達8億元，14年近30億元，15年估值100億。

　　3、硬件產業鏈成熟、成本下降為民用&消費無人機爆發創造條件

　　近十年民用和消費級無人機市場的興起，和硬件產業鏈的成熟、成本曲線不斷下降密不可分：隨著移動終端的興起，芯片、電池、慣性傳感器、通訊芯片等產業鏈迅速成熟，成本下降，使智能化進程得以迅速向更加小型化、低功耗的設備邁進。這也給無人機整體硬件的迅速創新和成本下降創造了良好條件：

　　芯片——目前一個高性能FPGA芯片就可以在無人機上實現雙CPU的功能，以滿足導航傳感器的信息融合，實現無人飛行器的最優控制。

　　慣性傳感器——伴隨著蘋果在iPhone上大量應用加速計、陀螺儀、地磁傳感器等，MEMS慣性傳感器從2011年開始大規模興起，6軸、9軸的慣性傳感器也逐漸取代了單個傳感器，成本和功耗進一步降低，成本僅在幾美元。另外GPS芯片僅重0.3克，價格不到5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，通信傳輸速度和質量已經可以充分滿足幾百米的傳輸需求。

　　電池——電池能量密度不斷增加，使得無人機在保持較輕的重量下，續航時間能有25-30分鐘，達到可以滿足一些基本應用的程度，此外，太陽能電池技術使得高海拔無人機可持續飛行一周甚至更長時間。

　　相機等——近年來移動終端同樣促進了鋰電池、高像素攝像頭性能的急劇提升和成本下降。

　　4、飛控系統開源，無人機飛入尋常百姓家

　　如果說硬件成本下降解決了無人機“身體”的問題，近年來飛控系統開源化的趨勢解決了無人機“大腦”的問題，從此無人機不再是軍用和科研機構的專利，全世界的商業企業和發燒友都加入了無人機系統設計的大潮中，是引爆民用和消費無人機市場的“爆點”。

　　德國MK公司是多旋翼無人機系統開源的鼻祖，其后2011年美國APM公司開放無人機設計平臺徹底點燃了市場對無人機系統開發的熱情，2012年以后民用和消費無人機進入了加速上行的通道。

　　至今，國際無人機行業已經形成了APM(用戶最多)、德國MK(最早的開源系統)、Paparazzi(穩定性高、擴展性強)、PX4和MWC(兼容性強)等五大無人機開源平臺。

　　以PPZ(Paparazzi)為例，始于2003年的PPZ是一個軟硬件全開源的系統，至今已經形成了不僅覆蓋傳感器、GPS、自動駕駛軟件，同時覆蓋地面設備的全套成熟解決方案，既可以驅動固定翼飛機、也可以驅動旋翼機，并且可以通過地面控制軟件實時監控飛機飛行的衛星地圖。可以說，強大的開源飛控系統已經使得無人機全面進入“用戶友好”時代。

　　2014年10月，著名計算機開源系統公司Linux推出了名為“Dronecode”的無人機開源系統合作項目，將3DRobotics、英特爾、高通、百度等科技巨頭納入項目組，旨在為為無人機開發者提供所需要的資源、工具和技術支持，加快無人機和機器人領域的發展。根據Teal航空市場調研公司的報告，Dronecode項目使未來十年世界無人機研發、測試和評估等活動的總值達到910億美元。Dronecode開發界面囊括了無人越野車、無人固定翼飛機、無人直升機和各種多軸旋翼無人機等，吸收了APM、PX4等多個平臺，進一步推動了系統開發的可視化和友好化。

　　5、無人機相關政策：各國政策都處于持續完善中

　　中國無人機相關政策：走出了規范化的第一步

　　圖：2009年至今中國無人機相關主要政策匯總

　　總的來說，2009年前，無人機處于無監管的空白狀態。2009年以后至今，開始進入持證飛行階段，但是法律法規和監管執行尚未完善和正規化，實際申請操作上模糊不清。

　　美國無人機相關政策：商業無人機草案終出

　　圖：2014-2015美國聯邦航空管理局無人機管理動態匯總。

　　經歷了長時間的等待，數次延期，2015年2月15日，美國聯邦航空管理局終于公布了期盼已久的無人機商轉管理辦法草案。這項新規打破了之前全面禁飛的局面，但是還有待最終定案。

　　這份規則主要適用于重量25千克以下的無人機，主要限定包括：

　　(1)飛行時間，高速，速度，搭載限制：它限定無人機只能在白天飛行，且全程都必須保持在操作人員的視線范圍內，飛行高度不得超過150米，時速不得超過160公里。不得從人頭頂上飛過，不得從無人機上扔東西，機體外側不得搭掛包裹。

　　(2)飛行路線地點限制：無人機都必須避開飛機飛行路線和飛行限制區，必須嚴格遵守相關臨時限飛令。無人飛機應避開人駕駛的飛機機場至少八公里。無人飛機飛行時，應始終維持于無線電操作者視界以內。

　　(3)駕駛員資格要求：無人機操作人員至少滿17歲，需考取美國聯邦航空局無人機操作人員資格證書，并且通過TSA(美國運輸安全管理局)的審查要求。

　　(4)另外，關于愛好者的模型無人機，則仍然跟之前一樣不受限制，只要不妨礙空中交通。

　　英國無人機政策：世界無人機法規領航者

　　圖：最新歐洲無人機相關主要政策匯總。

　　CAP722是英國民航局在英國領空內對無人機使用的指導準則，第四版的CAP722發布于2010年4月已適應空中導航法2009的推出。所有關于無人機的法規現在都收在空中導航法2009中.在那之前，CAP722是行業的參考標準，并被全世界所模仿學習與實施。這份文件強調了在英國操作無人機前需要注意的適航性和操作標準方面的安全要求。最新版的cap722發布于2012年8月，并且對民用無人機實施相當程度的開放政策。英國民航局是無人機法規領域的領航者。

　　歐洲法規2008第216號監管著所有整機重量超過150公斤的無人機.無人機的設計和生產也必須和常規飛機一樣遵循相關的認證規范(該規范由EuroUSC公司主導，該公司獲得民航局的授權實施輕型無人機計劃)，并且必須獲得適航認證或準飛許可.在英國，整機重量在20公斤到150公斤的無人機需要具有英國法律下的適航性資質.如果飛行器在半徑500米和低于400英尺的范圍或者在隔離的飛行區域內，并且無人機和該飛行有一定的適航性保證，英國民航局可以豁免適航性認證的需求.英國民航局也會在自己調查和被推薦的基礎上頒發豁免權，當前僅有一家組織獲得了此項許可.整機重量20公斤以下的無人機并不需要遵從很多主要政策要求，但是領航法第98號文中設立了一些條件。這些條件包括禁止在管制區域或者飛機場附近飛行，除非獲得空管局的許可，最大高度400英尺和禁止在沒有英國民航局特別許可的情況下高空作業。

　　當前英國航空法中操控無人機并不需要認證飛行員執照.但是英國民航局要求所有潛在無人機操控者都掌握飛行資質。飛行資質可以通過完成指定課程獲得，并有四家認證機構運營著培訓與考試。