无人机技术目前研究现状及未来发展趋势分析报告（无人机技术目前研究现状及未来发展趋势分析）

国内外无人机技术发展现状1、国外无人机发展历程及现状在国产无人机大放异彩的同时，比国产无人机起步更早的国外无人机公司值得我们关注和研究。

法国：Parrot成立时间比DJI早12年，是一家无人机和无线产品制造商，总部位于法国巴黎。皮诺设计、开发和销售与智能手机和平板电脑相关的高科技应用，并提供汽车制造和城市无人机方面的高科技解决方案。所以我们也就不难理解为什么能在苹果看到Parrot无人机网上商城。

美国：作为北美最大的消费级无人机制造商，3D Robotics主要致力于制造开源无人机(UAV)，目前全球客户超过3万家。早期，3D Robotics主要销售组装无人机的成套组件。现在，公司拥有从入门级到商用级的多种无人机产品，配备了航拍、文章拍摄、测绘、3D建模等功能。有些无人机还支持预先规划路线或针对特定人群进行跟踪拍摄。

2、国内无人机发展现状近年来，以深圳市DJI创新科技有限公司为首的无人机企业在国际上的地位越来越重要，这也带动了一批优秀的科技创新型企业加入到无人机的研发中来。

DJI是一家无人机制造商，总部位于中国深圳，成立于2006年。公司生产的DJI无人机广泛应用于航空摄影，深受专业和业余摄影爱好者的喜爱。其产品线涵盖了中价位的Phantom和高端市场的绝对王者Inspire系列。结束打印

一个无人机系统由三个核心部分组成：地面站、飞机和链路。无人机地面站是整个无人机系统的指挥控制中心，专门用于无人机的地面控制和管理。它是无人机系统的主体，其核心部件是其飞行控制系统(简称飞控)，是飞机稳定飞行的保障。链路主要负责飞机与地面站之间的通信。来自飞机的飞行数据可以通过各种通信方式实时传输到地面站，地面站的控制信号可以传输到飞机上，使无人机按照既定的指令飞行。

中国无人机发展的问题和技术弱点1)行业规划和标准化。存在低水平重复、重复投资，高端项目突破困难。

2)发动机瓶颈问题。发动机的问题很大程度上制约了我国无人机的发展。一方面对发动机提出了特殊的要求，比如无人机的特定飞行条件，比如高空、低雷诺数、重过载等。另一方面，研究基础本身薄弱。涡扇发动机是未来的主要应用趋势，远远落后于国外，可以满足无人机对飞行速度、飞行时间等指标的要求。

3)无人机行业人才短缺。根据初步判断，2018年中国需要40万无人机从业人员，但截至2016年10月，认证飞手、维修、研发、维修、维修等不到1万人；d在华人员。

中国的技术弱点美国无人机发展是借鉴国外现有技术，自主研发。其技术水平可以达不到强国的水平，很多能力，比如精度、控制、信息传输、机动性等等，军民两用都很弱。

研究的关键技术1、飞控技术1.1反馈线性化。仿真研究和实践表明，反馈线性化的优点包括：在整个周期内，其设计具有很大的灵活性，能适应飞机模型的变化；(2)能满足大迎角、超机动等非常规控制要求；(3)不需要增益预置来保证飞行控制系统在飞机飞行包线内的稳定性。

反馈线性化方法的主要局限性是，反馈线性化要求对飞机非线性力和力矩进行高度精确的建模，对建模误差敏感，不能处理动态系统的未知变化和扰动。因此，合作是必要的

1.2反推控制反推控制是由前南斯拉夫科学家科科托维奇在80年代末发展起来的一种非线性控制方法。该方法针对级联的线性/非线性系统，通过逐步选择合适的控制李亚普诺夫函数，逐步构造辅助控制输入，补偿不确定性的影响，最终得到稳定的控制律。

反推控制有两个显著的优点：第一，它可以处理控制器设计过程中的一大类非线性和不确定性影响，并且误差的稳定性和收敛性已被证明；其次，用这种方法设计的控制器收敛速度快，在损伤或失效状态下，这种方法非常有效。

这种方法的主要缺点在于控制系统的鲁棒性和执行机构的速度和位置的饱和性。可以通过加入自适应控制等方法进行补偿。

1.3滑模变结构控制滑模变结构控制方法是由前苏联学者Emelyanov提出的。滑模变结构控制的基本思想是：首先通过控制将任意一点的状态轨迹拉到一条指定的直线上，然后沿着这条直线滑动到原点。滑模控制在无人机控制系统设计中有两种设计方案：一种是直接模式，即直接应用非线性系统的滑模变结构控制。另一种是间接法，先将无人机的非线性模型线性化，然后利用线性系统的滑模变结构控制综合控制系统。

滑模结构具有响应速度快、鲁棒性强、对系统模型的不确定性和外部扰动不敏感、物理实现简单等优点。缺点是当状态轨迹到达滑模面时，很难严格沿着滑模面滑动到平衡点，而是在滑模面两侧来回交叉，产生抖振。

1.4智能PID控制(1)基于专家系统的PID控制器。控制的本质是基于被控对象和控制规律的各种知识，并利用这些知识以智能的方式设计控制器，使被控系统尽可能地优化并付诸实践。专家的知识获取和经验总结在专家PID控制中起着重要的作用。其综合知识和推理智能对系统的控制效果影响很大，成为控制器设计的难点。

(2)基于模糊控制的PID控制器。模糊控制不会不需要知道系统的精确数学模型。它是基于运营商经验，根据操作者的语言表达的经验来确定各个参数和控制规律，然后在实际系统中进行调整和设定。模糊控制具有调节速度快、鲁棒性好的优点，但稳态精度差。模糊控制和PID控制的结合，扬长避短，既有模糊控制灵活、适应性强的特点，又有PID控制精度高的优点。

(3)基于神经网络的PIC控制器。神经网络作为一种新的控制技术，能够完全逼近任何复杂的非线性系统，能够学习和适应复杂的不确定系统，具有很强的鲁棒性和容错性。但神经网络也有自己的弱点，如响应速度慢、训练学习时间长、动态性能指标差、训练数据量大等。因此，将神经网络与传统的PID控制相结合，神经网络控制器实际上是一个前馈控制器，建立被控对象的逆模型。神经控制器从传统控制器的输出中学习并在线调整自己。目标是使反馈误差趋近于零，使其在控制功能中逐渐占据主导地位，最终取消反馈控制器的功能。一旦系统受到干扰，PID控制器会立即再次介入。既保证了系统的稳定性和鲁棒性，又能有效提高系统的准确性和适应性。

2、隐身技术无人机改善饮食表现有几种方式：

(1)机身表面材料的改进。一般来说，无人机机身表面可以采用能够降低反射雷达信号波能量的复合材料，并覆盖雷达波a

(2)体型设计。采用尽量减少电磁波反射的机身结构，即平滑机身接缝，避免形成角度增强反射，并在缺口处采取相应的隐身措施；

(3)机身结构设计。外鼻采用圆盘状圆弧平面形状，形成多向散射。

3、通信技术宽带、大数据流的数据链技术可以使无人机远距离、快速传输信息，实施超视距控制，是发展无人作战飞机的关键技术。如果沟通可以无法实施或工作无法进行在远距离或敌人干扰的情况下，信息可能不可靠发送到指挥控制中心，指令可以被派到无人战斗机上作战，所以人们可以在其中发挥不了作用，无人战斗机就会失去优势。目前无人机主要使用Ku/Ka频段、C/X频段和L频段进行通信。

4、有动力技术的无人机一般要求航程远，所以必须采用高效率的动力技术。此外，可以开发新的轻质高效燃料，如高效航空煤油和太阳能。新的推力矢量和分裂副翼可以匹配机身的气动布局用于飞行控制。还有一种技术是利用喷气多轴推力矢量，通过控制发动机喷口处的喷气方向来控制飞行姿态和方向。该技术取消了以往机械式推力矢量装置的传动部件，不仅可以使固定喷管变得更轻，而且在外形上可以减小雷达截面，并快速降低喷管温度以减弱红外信号。

5、发射与回收技术无人机的发射系统根据其发射点位置进行区分，主要包括陆地发射、水上发射和空中发射。陆上发射可分为发射架发射、起落架起飞、滑板车起飞和垂直起飞。空中发射主要是指发射母机，以延长无人机的使用寿命，增加航程，降低损失率。但对母机的设计要求更高，应用环境有限。回收系统按回收点可分为土地回收、水回收、空气回收；按回收方式可分为自主着陆回收和远程着陆回收；按回收系统可分为降落伞回收、网具回收、着陆回收等。其中，自主着陆模式要求飞控系统增加返航、着陆、定位等程序。设计复杂，操作应用简单，应用广泛。

无人机的发展趋势纵观无人机的发展现状和世界各国无人机技术的发展趋势，其发展方向可以概括为以下几个方面。

1、多功能、模块化高科技的迅速发展，使模块化、通用化、系列化成为可能。未来无人机平台和地面站很可能是通用的，会向一机多能的方向发展。系统设计时优化内部结构，采用模块化技术，根据具体任务及时更换不同功能的机载设备，执行不同任务，做到一机多用。美国通用原子能公司研制的琥珀多用途无人机，可用于战场移动通信中继平台或电子战。该机配有前视红外仪、红外扫描仪或高分辨率相机、通信/文章中继雷达、信号情报侦察综合/电子支援设备等。英国妖精无人机可根据战场监视、目标指示、电子战等不同任务，配备传感器、激光目标指示器、电子干扰机等不同设备。该无人机可以通过安装侦察、电子设备或各种弹头，改装成侦察、电子战无人机或巡航导弹。

2、高空长航时从无人机的发展趋势来看，长航时高空无人机已经成为世界各国无人侦察机的发展重点之一。它的典型型号是美国的rq-4。相对低级的飞机已经投入实战，而更高级别的试验机也在最后的测试阶段。它装备了长13m、翼展35m、飞行高度19.5km的喷气发动机，大大超过了喷气式战斗机和陆基防空导弹，不间断飞行时间长达40h。长航时高空无人机可以在空中停留数天甚至数次，获取目标区域的完整信息，为自身决策提供准确及时的依据。与军用侦察卫星相比，长航时高空无人机应用更灵活，价格更便宜。它可以根据指挥官随时选择作战区域尽可能靠近战区以获取更准确的信息。它可以获得高分辨率的图像，而不受目标上方云层的影响。它还可以跟踪目标并提供实时信息。因此，长航时高空无人机成为军事侦察卫星的重要补充手段。

3、小型化和智能化随着微电子和纳米技术的快速发展，21世纪的无人机将成为tiny 。例如，美国军方正在开发一种微型无人机，可以在城市的建筑物之间飞行；还有一种微型无人机可以从人的手掌上起飞的手。美国陆军认为，在不久的将来，无人作战飞机只是有人系统的辅助。从中长期来看，它应该能够按照预设的程序半自主地完成任务。从长远来看(2020-2025年之后)，它应该能够自始至终完全自主地完成任务。当然还是需要人员的监控。各种类型无人机的监控将通用化，不同类型无人机获取的信息可以实现资源共享。无人机借助大量的人工智能和群体智能理论和技术，能够自动发现和识别目标，确定攻击目标的优先级，选择合适的武器，做出战术决策，进行必要的攻击机动。

4、全隐身新型军用无人机将采用最先进的隐身技术。一是采用复合材料、雷达吸波材料、低噪音发动机；第二，采用有限红外反射技术。无人机表面涂有能吸收红外光的特殊涂料，发动机燃料中注入了能阻止红外辐射的化学药剂。使用这种技术，雷达和视觉侦察很难发现无人机。三是减小表面间隙，采用新技术将无人机副翼、襟翼等所有传输面做成综合面，进一步减小间隙，缩小雷达反射面；第四，采用充电表面涂层；五是采用最新的等离子隐身技术。采用隐身技术后，可以快速迎敌，并与敌人长时间保持联系。

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