一、
无人机的概念及其发展历程
无人驾驶飞机，简称“无人机”，其起源可以追溯到第一次世界大战，美国、英国和法国都在研制无人驾驶飞机。1917年，皮特-库柏和埃尔默·A.斯佩里发明了第一台自动陀螺稳定器，能使飞机保持平衡飞行，用到美国海军教练机上变成首架无线电控制的不载人飞行器。
1935年，蜂王号实现无人机重复使用，标志着无人机真正开始的时代，蜂王最高飞行高度17000英尺，最高航速每小时100英里。随后无人机被运用于各大战场，执行侦察任务。
图1 蜂王号无人机
1986年，先锋无人机执行了美国海军“侦察、监视并获取目标”等各种实战任务。先锋号起飞重量416磅，航速每小时109英里。美军将RQ-7B幻影用于伊拉克和阿富汗战场，它能定位并识别125km之外的目标，幻影200广泛使用于中东地区，如图2所示。
图2 幻影200无人机
21世纪，民用无人机开始大力发展。2006年，大疆无人机公司成立，先后推出的phantom系列无人机，如图3所示，在全球掀起了无人机民用浪潮。
图3 大疆phantom无人机
2009年，美国加州3DRobotics无人机公司成立，主要制造和销售DIY类遥控飞行器的相关零部件并在2014年推出X8+四轴飞行器。2015年美国Qualcomm公司推出无人机开发平台，作为布局物联网生态圈的重要一环。
无人机是利用无线遥控设备和程序控制装置操纵的不载人飞机。机上安装自动驾驶仪、程序控制装置等设备。地面、舰艇上或母机遥控站人员通过雷达等设备，进行跟踪、定位、遥控、遥测和数字传输，在无线电遥控下像普通飞机一样执行整个飞行过程和飞行任务。起飞，可以用自带动力发射升空，也可由母机带到空中投放飞行。回收时，可用与普通飞机着陆过程一样的方式自动着陆，也可通过遥控用降落伞或拦网回收。与载人飞机相比，无人机具有体积小、造价低、对环境要求低、无须提供人类生存环境等优点，广泛用于空中侦察、监视、通信、航拍、测绘、反潜、电子干扰等。
无人机系统是无人机及与其配套的通信站、起飞发射回收装置以及无人机的运输、储存和检测装置等的统称。通信站既可建在固定地面，也可以设在车、船或其他平台上，通过通信站可以获得无人机所侦察到的信息、向无人机发布控制指令完成任务。无人机的起飞方式有地面滑跑起飞、沿导轨发射、空中投放、容器式发射等。无人机的回收方式包括自动着陆、降落伞回收、在空中由无人机回收和拦截网回收等。不同类型和不同使用环境下的无人机，可选择不同的系统构成，小型无人机通常采用弹射或火箭发射；而大型无人机则采用起落架或发射车进行发射。
无人机系统主要包括飞机机体、飞控系统、动力系统、数据链系统、发射回收系统、电源系统等。飞控系统即飞行管理与控制系统，是无人机系统的核心部分，对无人机的稳定性、精确度、飞行性能非常重要；数据链系统可以保证对遥控指令的准确传输、接收发送信息的实时可靠，以保证信息的及时有效性；发射回收系统保证无人机顺利升空以达到安全的高度和速度飞行，以及安全回落到地面。
21世纪初期无人机的应用由军事领域迅速扩展至全球的各个行业，包括通信中继、建筑安全检查、地质勘探、灾难信息收集及救援、森林防火、执法和边境管制监督、风暴追踪、飓风与龙卷风监测预报、电力巡线、影视新闻拍摄、遥感测绘、地理制图、快递运输、农业作物监测、玩具、自拍跟拍、风景观赏、旅游助手等。
Amazon Services LLC下属广告项目网站airdronecraze把无人机技术总结为七代，第一代：各种形式的基本遥控飞机；第二代：静态设计，固定摄像头安装，录像和静态照片，手动驾驶控制；第三代：静态设计，双轴万向节，高清视频，基本安全模式，辅助驾驶；第四代：革命性设计，三轴万向节，1080p高清视频或更高价值的仪器，改进的安全模式，自动驾驶模式；第五代：革命性设计，360°万向节，4k视频或更高价值的仪器，智能驾驶模式；第六代：商业适用性，符合安全与监管标准的设计，平台和有效载荷适应性，自动安全模式，智能驾驶模型和完全自主性，空域意识；第七代：为下一代无人机，完整的商业性，完全符合安全和监管标准的设计，平台和有效载荷互换性，自动安全模式，增强智能驾驶模式和完全自主性，全空域意识，自动起飞、着陆以及执行任务。3DRobotics宣布推出首款集全部功能的智能无人机Solo，内置有安全保护机制、合规技术、智能传感器以及自我监测设备，是无人机技术的下一个重大革命，将为运输、军事、物流以及商业部门带来新的机遇。
二、
无人机系统分类
无人机是一种有动力、可控制、能携带多种任务设备、执行多种任务并能重复使用的无人驾驶航空器。随着科技的进步，无人机的基本型号也在迅速扩展。按无人机的规模和起飞重量可分为大型无人机、中型无人机和小型无人机。起飞重量大于500kg的称为大型无人机；起飞重量小于200kg的称为小型无人机；介于200~500kg之间的称为中型无人机。
按用途，无人机可分为军用无人机和民用无人机。民用无人机主要包括民用通信中继无人机、航拍无人机、气象探测无人机、灾害监测无人机、农药喷洒无人机、地质勘测无人机、地图测绘无人机、空中交通管制无人机、边境控制无人机等。军用无人机又有杀伤力和非杀伤力两类，杀伤力无人机主要有软杀伤力和硬杀伤力两类无人机。非杀伤力无人机主要用于训练靶机、战场的侦查与监视、扫雷、探测、通信中继等。软杀伤力无人机有雷达诱饵、电子干扰等。硬杀伤力无人机有炮火的校射、目标指示、反装甲、反辐射等。
按飞行高度可分为低空无人机、中空无人机、高空无人机、临近空间无人机。
按飞行速度可分为低速无人机、高速无人机；按机动性可分为低机动无人机、高机动无人机。
按能源与动力类型可分为螺旋桨式无人机、喷气式无人机、电动无人机、太阳能无人机、燃料电池无人机。
按活动半径可分为近程无人机、短程无人机、中程无人机、远程无人机。
按起降方式可分为滑跑起降无人机、火箭助推/伞降回收无人机、空投无人机、炮射无人机、潜射无人机等。
按飞行原理和结构可分为固定翼无人机和旋翼无人机两大类。
按功能用途可分为靶标无人机、诱饵无人机、侦察无人机、炮兵校射无人机、电子对抗无人机、电子侦听无人机、心理战无人机、通信中继无人机、测绘无人机、攻击无人机、察打一体无人机、预警无人机等。
1.微型无人机
微型无人机是由美国科学家布鲁诺W.奥根斯坦在1992年美国国防高级研究计划局主持的一次未来军事会议上提出的。中国《民用无人驾驶航空器系统驾驶员管理暂行规定》对微型无人机的定义：空机质量小于7kg的无人机统称微型无人机。它具有体积小、重量轻、隐蔽性好等优势，在军用、民用方面发挥着重要作用。在军事上被广泛用于侦察、监视等领域，帮助士兵侦察近距离、小范围和复杂环境下的敌情；在民用上有昼夜巡视、航空摄影、公共安全、医疗救援、低空物流、安防监控、森林防火、地质勘探、影视航拍、空中测绘、极地科考等应用。
1）微型无人机的特点
具有灵活飞行能力：微型无人机体积小、重量轻，携带方便，可垂直起降、人力抛投或借助简易装置弹射起飞，飞行高度可达上千米，并能够装载10kg以内的物品。
智能化程度高：随着科学技术的发展，无人机系统趋于智能化和自动化，并配备卫星定位系统、高清照相机、摄像机、自航仪、电子地图等软硬件，可实现遥控飞行、半自主飞行和按预编航线自动飞行等。通过无线通信系统，能够实时将空中影像传回地面端，具备双向通信能力。
易于操作：微型无人机运行、维护操作简便。
可执行高危任务：微型无人机可以飞行到人类难以达到、危险的区域，或是在不良气候条件下执行各类紧急任务。
可获取高清影像：微型无人机可承载高精度成像、瞬时成像设备，容易获取空中角度拍摄的高分辨率图像。
造价相对低廉：一台微型或轻型无人机售价从几百元到数万元，造价低廉。
2）微型无人机的关键技术
微型无人机的常用任务是实现图像信息的获取与无线传输，微型无人机图像无线传输系统受微型无人机本身特点的限制，涉及一些关键技术。
图像压缩编码算法：微型无人机图像无线传输系统很多采用模拟方式，这种方式易受复杂环境干扰，其有效传输距离有限且传输速率低。数字传输更适合于远距离图像传输.且抗干扰能力强，图像传输质量不易受环境干扰、加密方便、易于直接通信。采用数字传输图像数据量大、需要占用带宽宽，而传输速率低，为实现图像、视频的实时传输，需要高压缩率压缩编码算法、AI技术辅助、低功耗、高运算速度的集成芯片来满足图像、视频的实时传输。
纠错编码技术：复杂战场环境存在强电磁干扰，图像传输易错、时变，需采用低误码率、低传输时延的信道编码对图像信息流进行差错控制和纠错编码。
目标图像稳像技术：由于微型无人机飞行状态多变，拍摄的图像信号质量极不稳定，需要稳定拍摄目标图像技术。
图像实时传输：图像数据传输能力的提升包括降低传输系统的能耗、重量、尺寸及提高图像实时传输的距离。通过采用高增益天线、高效图像压缩算法等方法提升图像数据传输能力。
2.小型无人机
小型无人机尺寸较小、应用灵活，在军用方面可作为空中侦察平台和武器平台执行侦察监视、对地攻击、电子干扰、通信中继、目标定位等任务。在民用方面可用于航空摄影、气象探测、遥感、勘探测绘、环境研究、核辐射探测、通信中继、水灾监视、山体滑坡监测、泥石流监测、森林火灾防救、电力线路检查〉大型牧场和城区监视等方面。
小型无人机系统主要由飞控系统、动力系统、无线图像接收单元、无线传输系统、云台控制系统、高清地面监视器、地面站导航控制系统、电源系统等多个部分构成。地面人员通过地面控制系统操控小型无人机，或通过机载导航控制系统设计飞行路线并采集现场数据，通过机载无线传输系统回传到地面接收机地面接收机通过信号解码，获取收集到的各种信息。
小型无人机具有工作性能稳定可靠、易携带、快速工作等优点，有以下优势。
机动灵活，成本低：小型无人机执行任务所耗费资源少，飞行费用低，使用风险低，造价低廉，易于推广普及，体积小，机动灵活，便于运输携带，可快速到达现场开展工作，隐蔽性好，可超视距自动驾驶，任务功能多样化，可根据不同任务需求快速搭载所需的设备开展空中作业。
性能稳定，技术日趋成熟：随着各种复合材料技术的成熟并应用到无人机中，无人机的机体结构强度更好，重量更轻。无人机所用的电子操控设备性能越来越稳定、安全、可靠。锂电池及新电源技术的发展可为使用电机作为推动力的小型无人机提供更长的续航时间，满足应用需求。
操控技术智能化：随着无人机技术的日趋成熟，地面站控制系统更加智能化、简单化，更容易操作控制。小型无人机的应用非常广泛，对于地震、山体滑坡、泥石流等地质灾害，利用小型无人机可实现快速部署，采集灾区高清视频和高精度图片，实时监控灾害地区，帮助指挥员了解灾情，引导搜救力量及时解救被困人员，为抢险救灾争取宝贵时间。
搭载红外热成像视频采集设备的无人机，对热源有敏感反应，通过采集到热成像图片，能快速分析地面的小微火点或热源，把火灾损失降到最低，可用于林区安全巡查。
在海事领域，相比较传统的海面船只，无人机具有独特的优势，遇到海难，搭载实时高清视频采集传输设备的无人机，以海难出事地点为中心，根据气象及水文情况，通过地面导航设置扫描飞行路线，能及时发现漂浮的生还者，引导海面船只前往营救。此外，针对重点航道、重点水域，海事部门可以用无人机来监测过往船只的排污情况，对非法排污的船只及时发现并进行取证。
3.中型无人机
中型无人机起飞重量介于200~500kg之间。相同规格参数的固定翼无人机巡航速度和升限比旋翼无人机高，适合长时间、远距离的飞行任务，如高空侦查、勘探等任务。旋翼无人机由于可以悬停和低速飞行，因此近距离、低速运动或者长时间保持同一视角的观测任务需要使用旋翼无人机完成。旋翼无人机可以垂直起降，使用的灵活性较高。
常见中型旋翼无人机飞行时间达到6h，控制距离达到150km，可用于输电线路巡视工作。中型旋翼无人机荷载达200kg，可搭载多种传感器进行多维度的观测。旋翼无人机可以悬停和低速飞行，能够完成精细化巡视和快速巡视工作。
4.大型无人机
21世纪以来，大型无人机得到快速的发展。美国的全球鹰，如图4所示。
图4 美国全球鹰无人机
机身长13.4m，翼展35.5m，最大起飞重量11610kg，载油量为6577kg，可有效承受负载为900kg。机身上配置有涡扇发动机，最大飞行速度和巡航速度可达740km/h，续航距离可达26000km，可持续飞行时间为42h。负载侦察防御设备齐全，包括合成孔径雷达、红外线探测器、摄像设备、电子对抗以及通信设备等。
欧洲Barrakuda机身长9.5m，机重为3000kg。Barrakuda采用欧洲研制的“伽利略”卫星导航系统，可以与惯性导航和红外结合形成复合导航；Barrakuda可以在高空中进行长距离侦察，并配备了舱内携弹和发射系统，拥有着较为出色的侦查能力。
中国翼龙无人机是一架中低空军民两用无人机；
图5 中国翼龙无人机
可携带多种侦察设备和激光照射且测距设备以及电子对抗设备实施监视和侦查任务，也可以携带小型空对地打击的武器实施对地攻击任务。
三、
无人机结构与飞行原理
1.无人直升机结构与飞行原理
无人直升机系统由旋翼、尾桨、机体、控制与导航系统、动力装置、无线通信系统、任务载荷设备等组成。控制与导航系统包括地面控制站、机载姿态传感器、飞控系统、定位与导航设备、飞行监控及显示系统等，是无人直升机系统的关键部分。无线通信系统包括无线电传输与通信设备等，由机载数据终端、地面数据终端、天线、天线控制设备等组成。任务载荷设备包括光电、红外和雷达侦察设备、电子对抗设备、通信中继设备等。
无人直升机的飞行原理与直升机的相似，不同点在于飞行控制方面。无人直升机的升力和推力均通过螺旋桨的旋转获得，其动力和操作系统与各类固定机翼飞机不同，固定翼飞机原理从根本上说是对各部位机翼的状态进行调节，在机身周围制造气压差而完成各类飞行动作的，并且发动机只能提供向前的推力。直升机的主副螺旋桨可在水平和垂直方向上对机身提供动力，不需要普通飞机那样的巨大机翼。无人直升机与普通直升机不同，不需要飞行员控制。
2.多旋翼无人机结构与飞行原理
常见的四旋翼无人机的四个旋翼对称分布在机体的前后、左右四个方向，四个旋翼处于同一高度平面，且四个旋翼的结构和半径都相同，四个电机对称地安装在飞行器的支架端，支架中间空间安放飞行控制器和外部设备。
四旋翼飞行器通过调节四个电机转速来改变旋翼转速，旋翼高速旋转产生向下的气流，无人机获得向上的升力，飞机起飞。四旋翼飞行器是一种六自由度的垂直升降机，四个输入力实现六个状态输出，通过控制它的电机和电机之间的功率和方向，实现垂直运动、俯仰运动、滚转运动、偏航运动、前后运动、倾向运动。
多旋翼无人机的动力系统主要包括电池、电机、螺旋桨和电调。电池为无人机提供能量；多旋翼无人机大多采用无刷电机是因为无刷电机效率高、寿命长、成本低；螺旋桨通过高速旋转为无人机提供最直接的动力；电调是飞控连接电机的重要组成部分，主要负责电机的转速的控制与电机电能的供给。
多旋翼无人机有悬停、升降、进退、横滚、偏航五种飞行姿态。在理想飞行环境下，处于悬停状态下的无人机螺旋桨不产生水平方向的力，起飞重量决定了无人机从起飞到降落所需消耗的能量；四旋翼产生的推力永远垂直于四个旋翼所在的平面，四旋翼无人机处于悬停状态时，推力垂直于水平面向下；螺旋桨在旋转过程中会受到旋翼所在平面内、方向与螺旋桨旋转方向相反的来自空气的阻力，处于悬停状态的四旋翼无人机，受到的扭力是相互抵消的，通过控制螺旋桨的转速，改变扭力大小，从而可实现横滚、偏航等飞行姿态。
3.固定
翼
无人机结构与飞行原理
固定翼无人机主要由机身及机翼、起落架、发动机、螺旋桨、油箱或电池、机上飞行控制系统、通信天线、机载GPS、地面控制导航及监控系统、人工控制飞行遥控器、数码相机、地面供电设备、降落伞、弹射式起飞轨道等组成。
固定翼无人机与多旋翼无人机不同，它通过动力系统和机翼产生升力，实现起飞，依靠副翼和尾翼实现控制俯仰和滚转。
固定翼无人机的动力系统分为电动和油动两种。电动固定翼无人机的动力系统与多旋翼无人机的动力系统相似。油动动力系统主要由发动机、点火器、油箱、油管和螺旋桨组成。发动机的性能与飞行环境的温度、湿度、海拔等因素息息相关，为使发动机获得稳定的动力性能，平衡主油针与副油针尤为重要。
固定翼无人机的控制与导航系统与多旋翼无人机相似，固定翼无人机需要空速管确定飞机当前航速，以及通过调整舵面和发动机的转速来改变飞行姿态，多旋翼无人机是通过改变电机转速来控制飞机飞行姿态的。
固定翼无人机的起飞方式分为三种，分别为滑跑、弹射、手抛。在进入正常飞行阶段之前都必须具备一定的初速度，在具备初速度的情况下，空气会以一定的速度流过飞机，空气在流经机翼时，上下表面会产生不同的流速，从而形成压力差实现留空飞行。
固定翼无人机的起降需要比较空旷的场地，比较适合林业及草场监测、矿山资源监测、海洋环境监测、城乡结合部和土地利用监测以及水利、电力等领域的应用。
四、
无人机相关技术
无人机相关技术主要有无人机动力技术和无人机电子技术。
1.无人机动力技术
飞控是无人机的大脑，动力装置是无人机的心脏。动力是无人机的关键技术之一，直接影响到无人机的性能、成本和可靠性。无人机动力装置包括无人机的发动机以及保证发动机正常工作所必需的系统和附件。无人机动力装置系统分为燃油类发动机系统和电力动力系统两类，大多数民用无人机采用电力动力技术，电力动力系统优点是体积小、重量轻、使用灵活、易于维护。
无人机使用的燃油类发动机，主要有活塞式发动机、涡喷发动机、涡扇发动机、涡轴发动机。大型、小型、轻型无人机广泛采用活塞发动机系统。活塞式发动机是无人机主要使用的燃油类发动机，又称复式发动机，由汽缸、活塞、连杆、曲轴、气门机构、螺旋桨减速器，机闸等组成。该发动机通过燃料在汽缸内燃烧，将热能转变为机械能。活塞式发动机系统一般由发动机本体、进气系统、镇压器、点火系统、燃油系统、启动系统、润滑系统以及排气系统构成。
小、微无人机中普遍使用的是电动机动力系统。电动机动力系统主要由动力电机、动力电源、调速系统、螺旋桨四部分组成。
无人机使用的动力电机主要分为有刷电机和无刷电机，无人机大多采用无刷电机，无刷电机无摩擦，外壳旋转，线圈不动，效率高，寿命长，成本低，耐用。无人机动力电机的技术指标最常用的是转速和功率。电机转速常采用kV进行标识，kV值定义为转速/V，表示输入电压增加IV，无刷电机空转转速增加的转速值。如电机标识kV1600，当使用15V的电池时，空转转速可以达到1600X15=24000，也就是每分钟24000转。kV值越大转速越高扭力越小，kV值越小转速越低扭力越大。转矩是指电机中转子产生的可以用来带动机械负载的驱动力矩，在同等的功率下，转矩和转速基本成反比。
大疆的动力系统采用的是无刷电机，最佳工作点的效率能达到70%，属于高转速低扭矩类型，如果实际要求低转速高扭矩，减速箱会导致效率很快下降。电机内离心式风冷系统，内置高效散热阵列。
极飞的无人机电机主要是非密封盘式电机，盘式电机又叫碟式电机，体积小、重量轻、效率高，一般电机的转子和定子是里外套着装的，盘式电机为了薄，定子在平的基板上，转子是盖在定子上的，一般定子是线圈，转子是永磁体或粘有永磁体的圆盘。常规永磁电机齿根部容易饱和、齿槽转矩严重，电机的定位力矩比较大，启动困难，传统的电机定子把转子包在里面了，散热性差，盘式电机比较好地克服这些弱点。
瑞道采用纳米高分子复合材料取代传统电机铁芯的永磁无刷同步盘式电机，如图6所示。
图6 瑞道电动机和发电机
由于无铁芯，彻底消除了由于铁芯形成涡流而造成的电能损耗、磁滞损耗，同时其重量和转动惯量大幅降低，从而减少了转子自身的机械能损耗，效率高达98%，体积小、功率密度高，采用碟片叠加结构可以成倍增加功率和扭矩，不但具有突出的节能特点，更为重要的是具备了铁芯电动机所无法达到的控制、容错、回馈储能特性。除了在无人机中特别是载重无人机应用，这种电机还可以广泛应用于电动汽车、机器人、舰船潜艇、飞机航天、高铁地铁、发电、医疗、家电中。
无人机载重，一般无人机普通的电机情况下，多旋翼的四旋翼载重最多达到3kg，工业级无人机，一般是5~50kg的荷重。大壮多旋翼无人机，可载60kg。顺丰大型无人机.航程3000km、载重1200kg，并实现了无人化自主控制。目前小型无人机集中在航拍这个领域，所以该类无人机载重能力较小。大型的无人机可以应用于物流、医疗救援等领域。
图7 载人物流无人机
载重无人机对电机要求也很高，除了电机效率，还要较大的转矩，如采用盘式电机叠加结构可以容易达到转矩需求。
动力电源主要为动力电机的运转提供电能。常用电池包括镣氢电池、镣铭电池、锂聚合物、锂离子动力电池。前两种电池因能量密度低基本上被锂聚合物动力电池取代。动力电池不同于普通意义上的电池，需要具有能量密度大、质量轻等特点。对于电池最为关键的性能参数就是电压值、储能容量以及放电能力，特别是极端环境下如超低温、超高温的正常放电能力。
由于无人机需要克服自身的重力做功，因此，对于电池的重量要求较高，而增大电池容量又会导致重量增加。对小微无人机，同样容量下重量较轻的聚合物锂离子电池较好地满足需要，当从悬停状态迅速提高油门到最高速度，电池功率会迅速提高，短时间内几倍的功率提高，聚合物锂离子电池也能够满足这样的功率变化。对于载重无人机就需要大功率电池，如磷酸铁锂电池可以更好地为大载重提供电能。
动力电机的调速系统即电子调速器，简称ESC。根据飞行控制器发出的PWM信号控制动力电机的转速。动力电源、电调、动力电机按如下方式连接：动力电源连
接电调的电源输入线；飞行控制器的控制信号线与电调的信号线连接；电调的动力输出线与动力电机进行连接。电调一般配有电源输出线，一般都会在信号线上，用来给飞行控制器、遥控接收机或者舵机供电。
螺旋桨是直接产生推力的部件，同样追求最高效率。匹配的电机、电调和螺旋桨搭配，可以在相同的推力下耗用更少的电量，这样就能延长无人机的续航时间。通常螺旋桨是有正反两种方向，因为电机驱动螺旋桨转动时，本身会产生一个反扭力，会导致机架反向旋转。通过一个电机正向旋转、一个电机反向旋转，可以互相抵消这种反扭力，相对应的螺旋桨的方向也就相反了。
2.无人机电子设备
飞控系统是无人机的核心控制装置，相当于无人机的大脑，是否装有飞控系统也是无人机区别于普通航空模型的重要标志。导航控制方式已经实现自主飞行和智能飞行，这对飞行控制计算机的精度提出了更高的要求；随着小型无人机执行任务复杂程度的增加，对飞控计算机运算速度的要求也更高；小型化对飞控计算机的功耗和体积也提出了高要求。
飞控系统实时采集各传感器测量的飞行状态数据、接收由地面测控站上行信道送来的控制命令及数据，经计算处理，输出控制指令给执行机构，实现对无人机中各种飞行模态的控制和对任务设备的管理与控制；同时将无人机的状态数据及发动机、机载电源系统、任务设备的工作状态参数通过机载无线电通信设备经无线电下行信道发送回地面测控站。
按照功能划分，飞控系统的硬件包括主控制模块、信号调制及接口模块、数据采集模块以及舵机驱动模块等。主控制模块是飞控系统核心，它与信号调制模块、接口模块和舵机驱动模块相组合，只需要修改软件就可以满足一系列小型无人机的飞行控制和飞行管理功能要求。
无人机的导航系统负责向无人机提供参考坐标系的位置、速度、飞行姿态等矢量信息，引导无人机按照指定航线飞行，无人机载导航系统主要分非自主和自主两种，存在的问题分别是非自主易受干扰，自主误差积累效应，未来无人机需要障碍回避、物资或武器投放都需要高精度、高可靠性、高抗干扰性能，导航技术未来发展的方向是多种导航结合，如“惯性+多传感器+GPS+光电导航系统”。
舵机是位置伺服的驱动器，适用于需要角度不断变化并可以保持的控制系统。在航模、车模、潜艇模型、遥控机器人中使用普遍。工作原理是：控制信号由接收机进入调制芯片，获取直流偏置电压。内部有一个基准电路产生基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。电压差输出到电机驱动芯片，电压差的正负决定电机的正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动。无人机的角度偏移是由舵机控制。
无人机的传感器有加速度传感器、倾角传感器、电流传感器、磁传感器、气压计GNSS模块等。加速度传感器用于确定位置和无人机的飞行姿态，在维持无人机飞行控制中起到关键的作用。如MEMS加速度传感器有多种方式感知运动姿态，能够感知微小运动。倾角传感器集成了陀螺仪和加速度传感器，为无人机飞控系统提供保持水平飞行的数据。
电流传感器主要监测无人机的电能问题，由于电能的消耗和使用非常重要，尤其是在电池供电的情况下。电流传感器可用于监测和优化电能消耗，确保无人机内部电池充电和电机故障检测系统的安全。磁传感器为无人机提供惯性导航和方向定位系统信息。基于各向异性磁阻技术的传感器，有功耗优势，同时具有高精度、响应时间短等特点，适用于无人机的应用。
气压计测量大气压值，根据该数值可计算绝对海拔高度。气压计在使用过程中存在的问题是，在近地面飞行时，“地面效应”的存在会导致飞机周围气体的气压分布与静止状态下的大气不同，使得无法用气压计来测算出高度。通常的解决办法是在起飞或降落时使用其他传感器，如超声波传感器或激光测距仪。
GNSS模块能测量地理坐标、海拔高度、线速度以及航向角等。在使用GNSS模块时，卫星信号的接收天线需要注意屏蔽电磁干扰。
无人机遥控通常采用2.4GHz的频率进行操作指令的传输。在一部无人机上，可以分为“飞手”和“云台手”两套遥控，前者主要进行无人机飞行方面的操作，后者主要进行航拍云台方面的操作，两者也可以合二为一。
在航拍无人机上图传常采用5.8GHz的频率传输图像画面。图传除了把飞机上采集的图像传输到使用者面前的屏幕上，还可以传输飞机的飞行数据。在使用者显示端能看到飞机实时的图像和高度、速度信息。
在地面端，图传接收器接收到信号后显示到屏幕上，在地面就能看到天空中的画面，从而进行取景拍摄，以及飞行数据的监察。通过采用2.4GHz频率的信号进行操作指令的传输，来控制无人机的上升、下降、相对静止。
五、
无人机产业发展趋势及展望
早期无人机多用于军事，包括侦察、情报收集等，21世纪以来，无人机在民用应用领域快速拓展，如民用通信中继无人机、气象探测无人机、灾害监测无人机、农药喷洒无人机、地质勘测无人机、地图测绘无人机、交通管制无人机等，民用无人机涉足地质、农业、气象、通信等多个学科，为工农业提供了极大的便利，科技的进步也大大推动了无人机行业的快速发展。
无人机在农林行业主要以调查、取证、评估为主，农林行业对绝对定位精度、3D坐标观测精度要求较低，无人机可以轻松完成对作物长势、病虫灾害、土壤养分、植被覆盖、旱涝影响以及森林动态等信息的监测，推动了农林产业的研究进入定量化精准决策的阶段。
无人机在矿业、能源、交通等领域也得到了广泛的应用，如矿产资源的开采需要环境等数据，保证开采作业的安全性，无人机可以克服恶劣的地理环境，采用低空勘测的方法完成数据采集；矿产资源开采过程中，无人机可以为矿区环境的保护、整治提供详尽的数据信息。
消费级无人机逐步进入我们的生活。随着物联网技术日趋成熟，人工智能技术发展迅猛，未来新型无人机将向着集群化、智能化、网络化方向发展。
为了充分发挥无人系统的优势，无人系统之间实现陆海空互操作相互配合，实现各系统之间的信息数据共享，相互合作共同组成未来战场上的陆海空作战无人大系统。随着技术的发展和自主化水平的提高，无人系统将逐渐实现无人机集群化、协助化、智能化、网络化，达到实时全面的自主，既可以为物联网提供动态化网络，本身又可以作为物联网终端，实现数据采集、任务执行。
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需要弱电资料可以私信我
我叫老梁。一个从业12年的弱电爱好者。
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