1.无人机组成结构

       

        无人机构成

        飞行平台系统包含飞行器机体结构、动力系统、飞控系统、电气系统、通信系统。有效载荷系统是无人机搭载的各种任务设备，如云台、雷达、发射机、摄像机等。地面控制系统可以保证对遥控指令的准确传输，以及无人机接收、发送信息的实时性和可靠性，是人和无人机有效沟通的枢纽，包括机载通讯和地面通讯（GPS导航、计算机、数据处理系统、无线电控制）。

        无人机行业最核心的技术集中在总体、动力系统、飞控系统三个方面，三者共同决定了无人机系统最重要的技术指标。

        无人机总体技术一般包括总体设计和总装集成，需要根据任务需求制定总体方案包括机型结构、发动机选型、飞控系统设计、各分系统之间的指标分配和接口关系，由无人机制造商完成。

        动力系统，军用无人机和部分民用工业级无人机需要使用发动机提供动力，无人机发动机是国内行业的短板，主流的涡扇发动机与国外差距明显，不能完全满足无人机对飞行速度、航时、载荷等指标的要求（国内相关公司水平最好的应该是航发动力了），我国目前先进的军用无人机所用发动机主要采用进口型号。民用消费级无人机和部分工业级无人机的动力来源是电池组和无刷电机（电池基本国产化,但航时短是无人机行业存在的致命短板），目前市面上的无人机采用的是锂聚合物电池（正极材料多用钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂），续航时长普遍在20-45分钟，但充电时间超过1小时，20分钟以后就要更换电池或者重新充电（携带三四块电池作为备用）；解决的办法是无人机厂采用智能飞行电池组和电池管理系统来辅助锂聚合物电池延长续航时间（像大疆的经纬M600PRO采用的是6块独立智能电池组和电池管理系统实时监测电池状态），但主流的解决途径是电池技术路径的发展，目前无人机电池的发展路径与新能源车电池演化路径相似，发展方向是燃料电池，以氢燃料电池为主（2020年2月,北京新研创能科技公司研发了一款六旋翼氢燃料电池无人机,核心是一块氢燃料电池,搭载一个高压储氢瓶为氢燃料电池提供发电所需的氢气,这款无人机首航不间断飞行331分钟,打破世界纪录）。

        飞控系统全称飞行管理与控制系统，是无人机实现自主飞行的核心技术，相当于无人机系统的“心脏”部分，对无人机的稳定性、数据传输的可靠性、精确度、实时性等都有重要影响。世界飞控系统开源与闭源的结合，也是民用无人机行业崛起的导火索。Arduino是早期的开源飞控之一，成为了后续衍生品的基础，随后2007年，由美国3DR公司旗下DIY Drones无人机社区推出的飞控产品APM成为了当今成熟的技术，也是用户使用最多的开源系统。目前主要的开源系统有APM、PX4、PPZ、MWC、Open Pilot等。开源系统的发展，使得无人机制造领域的门槛降低，甚至消费者自己都可以进行无人机的研发制造。国内优秀的无人机厂商，为了提高系统的专业化，大部分在开源系统的基础上演化出自己的闭源系统。相比开源系统，无人机厂商自身的闭源系统加入了许多优化算法、简化了调参与线束，变得更加简单易用。

       

        全球锂离子电池组平均价格价格从2010年1100美元/KWh-2019年156美元/KWh（2019年中国市场锂电池组平均价格147美元/KWh,世界最低）。军用无人机动力系统主要是发动机，军用级无人机在动力系统的成本占比要高于消费级无人机。

        随着应用加速计、陀螺仪、地磁传感器广泛应用，MEMS惯性传感器从2011年开始大规模兴起，6轴/9轴的惯性传感器逐渐取代了单个传感器，成本和功耗进一步降低（成本只有几美元）。

        GPS芯片仅重0.3克，价格不到5美元。

       

        正极材料磷酸铁锂价格变化

       

        锂原材料价格变化

       

        配套无人机发展的服务，数据采集&处理、飞行训练、无人机运维、气象保障、无人机产业园等正在兴起。

       

        无人机云台是无人机用于安装、固定摄像机等任务载荷的支撑设备。云台控制系统主要是以单片机作为控制系统的主控芯片，结合各种传感器和执行机构而开发的云台专用的控制系统。云台控制系统主要功能：实现云台的自稳功能、控制云台在空间方位的转动。

        云台的发展方向是减小云台结构的重量、体积，增加云台的载荷能力。

        2）飞行控制

        无人机/多轴飞行器主要部件包括飞行控制以及遥控器两部分。

        其中飞行控制包括电调/马达控制、飞机姿态控制以及云台控制等。目前主流的电调控制方式主要分成BLDC方波控制以及FOC正弦波控制。业内的玩具级飞行器，通常采用的都是消费电子（平板或手机上）较常用的价格敏感型型号；在专业航拍以及专为航模发烧友开发的中高端无人机上，则会用到质量更为价格更高的传感器。

        3）电调

        电子调速器，分为有刷电调和无刷电调。电调的作用就是用来驱动马达的。接收正反转信号，用来控制逆变桥各功率管的通断，使马达产生连续转矩；接收速度指令和速度反馈信号，用来控制和调整马达转速。

       

        电调

        随着新型飞行器性能要求的不断提高，无人机结构整体构型设计已经超越了传统的结构传力路径构造和承载的一体化范畴。无人机结构的整体构型使结构主承力框架、次承力件、设备安装支架等承载环节实现整体化构造、一体化布局和紧凑性、轻量化构型设计，可最大限度地减少结构的工艺分离面，省去受限于制造工艺而添加的过渡辅助结构特征和连接件，大幅提高结构完整性。

        结构件发展方向：结构承载性能、防热、减振、降噪、电磁等多功能、多尺度的一体化设计与制造。

        最早大疆以一套「遥控器+手机」的控制模式定义了消费级航拍无人机的遥控器形象。现在，大疆又将内置屏幕的遥控器作为独立的配件发售。可见遥控器并非用户选购无人机时关注的重点，但是无人机厂商提高无人机飞行体验的重要一环。

        作为无人机操控的一种全新体验，一体式遥控器目前还是比较小众的选择。对于大多数用户来说，「遥控器+手机」的搭配已经能够满足常见的拍摄需求。

        7）无人机服务

        无人机服务是无人机使用过程中所涉及的培训、保障、信息交流等服务。无人机服务主要包含以下六个方面：保险服务、维修服务、操控服务（驾驶培训）、销售服务、租赁服务、无人机信息服务（提供无人机购买信息及平台、无人机信息交流平台）等。

        8）无人机产业园

        园区分为单一型产业区（产业门类比较单一）、综合型产业园区（产业门类较多）、复合型产业区（解决了职住平衡问题）。

        9）电机

        一般电机分为有刷电机和无刷电机。对于多旋翼无人机来说，小型无人机通常使用有刷电机，如空心杯电机；而轴距较大，通常大于200mm左右的无人机都使用无刷电机。目前的无人机多以无刷电机中的永磁同步电机为主。有刷电机是利用碳刷改变电流方向，无刷电机则是抛弃了碳刷，采用电子换向，减少了损耗。

        无刷电机：可连续工作20000小时左右，常规的使用寿命7-10年。有刷电机：可连续工作5000小时左右，常规的使用寿命2-3年。

        10）摄像机

        11）图传系统                               

        无人机的电路控制系统主要由三大部分组成：飞控系统、云台+相机、图像传输系统。在无人机的视频传输方面，高配的无线图传系统已经可实现5km/1080P30fps传输，但这是众多国内娱乐无人机厂商还没有做到的。一般的做法是在云台搭载相机，高空拍摄再飞回地面检查。这种方式由于不能即时看到拍摄画面，所以还不能满足航拍的要求。

       

        2.4GHz是目前无人机市场比较主流采用的频段。目前也有不少方案是采用5.8GHz频段传输模拟视频到地面，最远距离能达600多米。但这种方式需要在飞行器上将高清(1080P或4K)转码成720P，再转成数字信号传输到遥控器显示屏上，技术上也较复杂，并且画面会有马赛克、停顿或卡死。画面质量也不够好，用到专业航拍还有距离，适合普通爱好者娱乐。

来源：源起基金

  http://www.yuanqijijin.com/a/zhongchoudongtai/gongsixinwen/127.html