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uav无人驾驶飞机

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MQ-9收割者侦察机，一架猎人杀手监视无人机

UAV 无人驾驶飞机（Unmanned Aerial Vehicle）简称UAV无人机。目前，全球约有4.8万架无人机。现在可以断言，无人机将在未来20年至50年主宰人类天空。无人机不需要飞行员在机舱内进行驾驶，飞行全过程在电子设备的控制下自动完成。无人机上不用安装任何与飞行员有关的设备，这样可以腾出空间和重量装更重要的设备。另外，使用无人机不用担心飞行员伤亡的问题。

1 术语编辑

无人机有多个术语，通常指同一概念。

术语雄蜂更广泛地被公众使用，是指早期远程飞行的目标飞机，用于练习战列舰的火炮射击，该术语首次用于20世纪20年代的 Fairey Queen 和30年代的 de Havilland Queen Bee 目标飞机。这两个飞行器在服役中被命名为“空速蜂后”和“英里马丁王后”，最终被 GAF·金迪克取代。[1]

术语无人驾驶飞机系统（UAS)于2005年被美国国防部 (DoD)和美国联邦航空管理局根据其《2005-2030年无人驾驶飞机系统路线图》采用。[2]国际民用航空组织 (ICAO)和英国民用航空管理局采用了这一术语，也用于欧盟2020年的《单一欧洲天空(SES)空中交通管理(ATM)研究 (SESAR联合承诺)路线图》。[3]这个术语强调除飞机之外的其他元素的重要性。它包括地面控制站、数据链路和其他支持设备等要素。类似的术语是无人驾驶飞行器系统(无人机)，遥控飞行器(RPAV)，遥控飞机系统(RPAS)。[4]许多类似的术语正在使用。

无人机被定义为“动力飞行器，不搭载人类操作员，使用空气动力提供车辆升力，可以自主飞行或遥控驾驶，可以消耗或回收，并可以携带致命或非致命有效载荷”。[5]因此，导弹不被认为是无人机，因为飞行器本身是一种不可重复使用的武器，尽管它也不被审查，在某些情况下被远程引导。

无人机与遥控模型飞机的关系尚不清楚。[来源请求]无人机可以包括也可以不包括模型飞机。一些司法管辖区根据大小或重量进行定义；然而，美国联邦航空管理局(US Federal Aviation Administration )将任何无人驾驶飞行器定义为无人机，无论其大小如何。出于娱乐目的，无人机(相对于无人机)是一种具有第一人称视频、自主能力或两者兼有的模型飞机。[6]

2 历史编辑

温斯顿·丘吉尔和其他人正等着观看一只德哈维兰蜂后的发射 靶机，1941年6月6日

一架瑞安·弗莱比，1951年首次飞行的一系列靶机/无人驾驶飞行器之一。以色列空军博物馆，哈泽里姆空军基地，以色列，2006年

穿过苏伊士运河的第一次战术长波紫外线任务之前的最后准备工作(1969年)。站着:战术无人机的革新者，以色列情报机构的沙卜泰·布里尔少校。

以色列的 Tadiran 马斯塔夫于1975年首次飞行，由于其数据链接系统、续航时间和实时视频流，被许多人视为第一架现代战场无人机。[1]

有记录以来最早使用无人驾驶飞行器作战是在1849年7月，[7][8]用作气球运载工具(航空运载工具的前身)[9]在海军航空兵第一次进攻中使用空军。[10][11][12]包围威尼斯的奥地利军队试图发射大约200枚燃烧气球s在被围困的城市。气球主要是从陆地上发射的；然而，也有一些是从奥地利船上发射的SMS Vulcano。至少有一枚炸弹落在了城市里；然而，由于发射后风向的变化，大多数气球都没有击中目标，有些气球飘回到奥地利航线和发射船上武尔卡诺岛。[13][14][15]

无人机创新始于20世纪初，最初侧重于为训练军事人员提供练习目标。无人机的发展在第一次世界大战期间继续，当时代顿-赖特飞机公司发明了一种可以在预设时间爆炸的无人驾驶航空鱼雷。[16]

对动力无人机的最早尝试是A.m .低美国的“空中目标”。[17] 尼古拉·特斯拉描述了1915年一支无人驾驶的空战舰队。[18]第一次世界大战期间和之后的进步，包括休伊特-斯佩里自动飞机。这一发展也启发了代顿(俄亥俄州)的查尔斯·凯特灵对凯特灵臭虫的开发。这最初是指一架将炸药有效载荷运送到预定目标的无人驾驶飞机。1935年，电影明星和模型飞机爱好者莱吉纳德·戴尼开发了第一辆按比例缩小的遥控飞行器。[17]在第二次世界大战期间出现了更多 – 用于训练高射炮手和执行攻击任务。战争期间，纳粹德国生产和使用各种无人机。第二次世界大战后，喷气式发动机在澳大利亚的 GAF·金迪克和泰莱达因·瑞安等车辆上投入使用 1951年的《 Firebee I 》，而像比奇飞机公司这样的公司在1955年为美国海军提供了他们的型号1001 。[17]然而，在越南战争之前，它们只不过是遥控飞机。

1959年，美国空军担心在敌对领土上失去飞行员，开始计划使用无人驾驶飞机。[19]苏联之后，规划得到加强 击落一架U-21960年。几天之内，一个高度分类的无人机计划以“红色货车”的代号启动。[20]1964年8月东京湾的冲突美国海军部队和北越南海军启动了美国高度机密的无人机(瑞安147型,瑞安·AQM-91萤火虫,D-21无人侦察机)的第一次战斗任务越南战争。[21]当中国政府[22]展示了被击落的美国无人机的照片环球照片,[23]美国官方的回应是“不予置评”。

在消耗战(1967-1970)期间，第一架安装有侦察摄像机的战术无人机首先由以色列情报部门测试，成功地将照片从苏伊士运河对岸带来。这是战术无人机(不同于重型喷气式无人机)首次在战斗中开发和测试，它可以在任何短跑道上发射和降落。[24]

在1973年的赎罪日战争，以色列使用无人机作为诱饵来刺激敌对势力浪费昂贵的防空导弹。[25]1973年赎罪日战争会议后，开发这种早期无人机的团队中的一些关键人物加入了一家旨在将无人机开发成商业产品的小型初创公司，最终被Tadiran收购，并导致了第一架以色列无人机的开发。[26][pages needed]

1973年，美国军方正式确认他们在东南亚(越南)使用无人机。[27]超过5000名美国飞行员被杀，超过1000人被杀错过或者捕获。美国空军第100战略侦察联队战争期间飞行了大约3435次无人机任务[28]代价是554架无人驾驶飞机因各种原因丧生。用美国空军将军的话说 乔治·s·布朗，空军系统司令部司令，1972年，“我们需要无人机的唯一原因是我们不想不必要地消耗驾驶舱中的人。”[29]那年晚些时候，战略空军总司令约翰·迈耶将军说，“我们让无人机进行高风险飞行 ...损失率很高，但我们愿意冒更多的风险 ...他们拯救生命！"[29]

1973年赎罪日战争战争期间，苏联在埃及和叙利亚提供的地对空导弹电池给以色列的战斗机造成了严重损害。因此，以色列开发了第一架具有实时监控功能的无人机。[30][31][32]这些无人机提供的图像和雷达诱饵帮助以色列完全中和叙利亚人防空s在the开头第五次中东战争导致没有飞行员被击落。[33]1987年，在以色列，无人机首次被用作超敏捷性过失速控制飞行的概念验证，战斗飞行模拟涉及无尾、基于隐身技术的三维推力矢量飞行控制、喷气转向无人机。[34]

随着20世纪80年代和90年代适用技术的成熟和小型化，美国军方高层对无人机的兴趣越来越大。20世纪90年代，美国国防部与AAI公司以及以色列公司马拉特。美国海军购买了AAI和马拉特联合开发的AAI先锋无人机。许多无人机在20世纪60年代服役1991年海湾战争。无人机展示了更廉价、更有能力的战斗机器的可能性，可以在不给机组人员带来风险的情况下部署。最初几代人主要参与侦察机，但是一些人携带武器，例如MQ-1捕食者无人攻击机，它启动了AGM-114地狱火飞弹 空对地导弹

CAPECON 是一个欧盟项目，旨在开发无人机，[35]从2002年5月1日至2005年12月31日。[36]

截至2012年，美国空军使用了7，494架无人机 – 几乎三分之一的美国空军飞机。[37]中央情报局 也运行无人机。[38]

2013年，至少有50个国家使用无人机。中国、伊朗、以色列、巴基斯坦和其他国家设计并建造了自己的品种。

3 分类编辑

虽然大多数军用无人机是固定翼飞机，旋翼机设计(即无人机)，如这种 MQ-8B火力侦察。

无人机通常分为六种功能类型之一(尽管多功能机身平台越来越普遍):

  • 目标和诱饵——提供地面和空中射击模拟敌机或导弹的目标
  • 侦察——提供战场情报
  • 战斗——为高风险任务提供攻击能力(参见:无人战斗航空载具 (UCAV))
  • 物流——交付货物
  • 研发——改进无人机技术
  • 民用和商用无人机——农业、航空摄影、数据收集

军事规划人员使用美国军用无人机等级系统在总体使用计划中指定各种单独的飞机元素。

装有轻型多功能导弹的希贝尔S-100

车辆可以根据范围/高度进行分类。以下内容已经提出[谁说的？]如ParcAberporth 无人机系统论坛:

  • 手持的2,000 ft (600 m)高度，大约2 km范围
  • 关闭5,000 ft (1,500 m)高度，最高10 km范围
  • 北约类型10,000 ft (3,000 m)高度，高达50 km范围
  • 战术的18,000 ft (5,500 m)高度，大约160度 km范围
  • 男性(中等高度，长耐力)最高30,000 ft (9,000 m)范围超过200 公里
  • HALE(高海拔，长续航时间)完毕30,000 ft (9,100 m)和不定范围
  • 高超音速、超音速(1-5马赫)或高超音速(5+马赫)50,000 ft (15,200 m)或亚轨道高度，范围超过200 公里
  • 轨道低地球轨道(25马赫以上)
  • 独联体月球地月转移
  • 无人机计算机辅助载体制导系统

2005年美国无人机示威者

其他类别包括:[39][40]

  • 爱好者无人机——可以进一步分为
    • 准备飞翔(RTF)/商用现货(COTS)
    • 绑定和飞行(BNF)——飞行平台需要最少的知识
    • 几乎可以飞行(ARF)/自己动手(DIY) – 需要大量的知识才能进入空气中
    • 光秃秃的框架——需要大量的知识和你自己的部分才能让它飞上天
  • 中型军用和商用无人机
  • 大型军用无人机
  • 隐形战斗无人机
  • 无人驾驶飞机转变成无人驾驶飞机

    无人驾驶多功能飞机(最初为双座蝙蝠飞机公司窦)

根据飞机重量进行分类非常简单:

  • 微型飞行器——重量小于1克的最小无人机
  • 微型无人机(也称为SUAS) – 大约小于25 公斤
  • 重型无人机

4 无人机组件编辑

无人机的一般物理结构

同类型的载人和非载人飞机通常具有可识别的相似物理部件。主要的例外是驾驶舱和环境控制系统或生命支持系统。一些无人机携带的有效载荷(如摄像机)比成年人轻得多，因此可以小得多。虽然它们携带重型有效载荷，但武器化的军用无人机要比同等装备的载人无人机轻。

小型民用无人机没有生命关键系统，因此可以由更轻但不太坚固的材料和形状制成，并且可以使用不太坚固的测试电子控制系统。对于小型无人机来说，四旋翼飞行器设计已经很受欢迎，尽管这种布局很少用于载人飞机。小型化意味着可以使用对载人飞机不可行的低功率推进技术，如小型电动机和电池。

无人机的控制系统通常不同于载人飞船。对于遥控，摄像机和视频链接几乎总是取代驾驶舱的窗户；无线电传输的数字命令取代了物理驾驶舱控制。无人驾驶和无人驾驶飞机都使用自动驾驶软件，具有不同的特征集。

4.1 身体

飞机的主要区别是没有驾驶舱和窗户。无尾四旋翼飞行器是旋翼无人机的常见外形，而尾单旋翼和双旋翼飞行器在载人平台上很常见。[41]

4.2 电源和平台

小型无人机大多使用锂聚合物电池 (Li-Po)，而大型无人机依靠传统的飞机发动机。飞机的规模或大小不是无人机能量供应的决定性或限制性特征。目前，[何时？]锂氧的能量密度远小于汽油。无人机(由轻木和聚酯薄膜制成)穿越北大西洋的记录由汽油模型飞机或无人机保存。马纳德·希尔在《2003年，当他的一个发明以不到一加仑的燃料飞越大西洋1882英里》中保持了这一记录。请参见:[42]电力的使用是因为飞行所需的工作更少，电动机更安静。此外，如果设计得当，驱动螺旋桨的电动或汽油发动机的推重比可以悬停或垂直爬升。僵尸飞机是电动无人机的一个例子，它可以垂直爬升。[43]

电池消除电路 (BEC)用于集中配电，通常带有一个微控制器单元(微控制器)。昂贵的转换BEc减少了平台上的热量。

4.3 计算

无人机的计算能力随着计算技术的进步而发展，从模拟控制发展到微控制器，然后是片上系统 (SOC)和单板计算机(SBC)。

小型无人机的系统硬件通常被称为飞行控制器(FC)、飞行控制板(FCB)或自动驾驶仪。

4.4 传感器

位置和运动传感器给出飞机状态的信息。外部感受传感器处理外部信息，如距离测量，而征用传感器将内部和外部状态相关联。

非合作传感器能够自主检测目标，因此它们用于分离保证和避免碰撞。[44]

自由度是指机载传感器的数量和质量:6自由度意味着3轴陀螺仪和加速度计(典型的惯性测量单元) – 9自由度是指惯性测量单元加上罗盘，10自由度增加气压计，11自由度通常增加GPS接收器。[45]

4.5 执行器

无人机执行机构s包括数字电子速度控制器(控制每分钟转数电动机的)链接到电动机/发动机s和螺旋桨s .伺服电机s(主要用于飞机和直升机)、武器、有效载荷致动器、发光二极管和扬声器。

4.6 软件

无人机软件称为飞行堆栈或自动驾驶仪。无人机是一种实时系统，需要对传感器数据的变化做出快速响应。例子包括树莓派、比格犬板等。用NavIO 、PXFMini 等屏蔽。或者从头开始设计，如Nuttx 、抢占式RT Linux 、Xenomai 、奥罗科斯-机器人作业系统或DDS-ROS 2.0 。

飞行堆栈概述
层 要求 操作 例子
固件 时间紧迫 从机器代码到处理器执行、内存访问 ArduCopter-v1.px4
中间件 时间紧迫 飞行控制、导航、无线电管理 清洁飞行，ArduPilot
操作系统 计算机密集型 光流，避障，SLAM，决策 ROS，Nuttx，Linux发行版，微软IOT

民用开源堆栈包括:

  • ArduCopter
    • DroneCode (forked from ArduCopter)
  • CrazyFlie
  • KKMultiCopter
  • MultiWii
    • BaseFlight (forked from MultiWii)
      • CleanFlight (forked from BaseFlight)
        • BetaFlight (forked from CleanFlight)
        • iNav (forked from CleanFlight)
        • RaceFlight (forked from CleanFlight)
  • OpenPilot
    • dRonin (forked from OpenPilot)
    • LibrePilot (forked from OpenPilot)
    • TauLabs (forked from OpenPilot)
  • Paparazzi

4.7 循环原理

多旋翼飞机的典型飞行控制回路

无人机采用开环、闭环或混合控制结构。

  • 开环 – 这种类型提供正控制信号(更快、更慢、左、右、上、下)，而不包含传感器数据的反馈。
  • 闭环 – 这种类型包括传感器反馈来调整行为(降低速度以反映顺风，移动到300英尺的高度)。 PID控制器很常见。有时使用前馈，转移了进一步闭合环路的需要。[46]

4.8 飞行控制

无人机可以被编程为在倾斜表面上进行攻击性载人或着陆/着陆，[47]然后爬向更好的交流点。[48]一些无人机可以通过不同的飞行模型控制飞行，[49][50]例如垂直起落飞机的设计。

无人机也可以在平坦的垂直面上飞行。[51]

4.9 通信

大多数无人机使用无线电进行遥控和视频和其他数据的交换。早期无人机只有窄带上行链路。下载链接稍后出现。这些双向窄带无线电链路向远程操作员传送命令和控制(比肩虚拟社区)以及关于飞机系统状态的遥测数据。对于非常长距离的飞行，军用无人机也使用卫星接收器作为卫星导航系统的一部分。在需要视频传输的情况下，无人机将实现单独的模拟视频无线电链路。

在最现代的无人机应用中，需要视频传输。因此，宽带链路被用来在单个无线电链路上传输所有类型的数据，而不是为比肩虚拟社区、遥测和视频业务提供两条单独的链路。这些宽带链路可以利用服务质量技术来优化比肩虚拟社区流量，实现低延迟。通常，这些宽带链路承载可以通过互联网路由的TCP/IP 流量。

操作员侧的无线电信号可以从以下任一来源发出:

  • 地面控制——操作无线电发射机/接收机、智能手机、平板电脑、计算机或军事地面控制站(GCS) 的原始含义的人。最近由可穿戴设备控制，[52]人体运动识别，人脑波[53]也证明了。
  • 远程网络系统，如某些军事大国的卫星双工数据链路。[54]移动网络上的下游数字视频也进入了消费者市场，[55]而无人机在蜂窝网络和LTE网络上的直接上行控制已经得到验证并正在试验中。[56]
  • 另一架飞机，用作中继站或移动控制站 – 军事载人-无人团队(MUM-T)。[57]
  • 协议MAVLink 越来越流行，用于在地面控制器和车辆之间传送命令和控制数据

5 自治编辑

自主控制基础

民航组织将无人驾驶飞机归类为遥控飞机或完全自主飞机。[来源请求]实际的无人机可以提供中等程度的自主性。例如，在大多数情况下遥控的车辆可以具有自主返回基地操作。

基本自主来自本体感受传感器。先进的自主性要求态势感知，来自外部传感器的关于飞机周围环境的知识:传感器融合集成了来自多个传感器的信息。[58]

5.1 基本原则

实现自主控制的一种方法是使用多个控制回路层，如在分级控制系统中。截至2016年，低层回路(即用于飞行控制)每秒钟运行32，000次，而高层回路可能每秒钟循环一次。原则是将飞机的行为分解成可管理的“块”，或状态，并具有已知的转换。分级控制系统类型的范围从简单的脚本到有限状态机、行为树和分级任务规划器。这些层中最常用的控制机制是 PID控制器，它可以通过使用来自 IMU 的数据来计算电子速度控制器和电机的精确输入，从而实现四旋翼飞行器的悬停。[来源请求]

中间层算法的示例:

  • 路径规划:在满足任务目标和约束条件(如障碍物或燃料要求)的同时，确定车辆要遵循的最佳路径
  • 轨迹生成(运动规划):确定要采取的控制机动，以便遵循给定的路径或从一个位置到另一个位置[58][59]
  • 轨迹调节:将车辆限制在轨迹的某个公差范围内

进化无人机分层任务规划者使用状态等方法树搜索或者遗传算法s.[60]

5.2 自治特征

无人机的自主度

无人机制造商通常在特定的自主操作中进行构建，例如:

  • 俯仰和滚转轴上的姿态稳定。
  • 高度保持:飞机使用气压或地面传感器保持高度。
  • 悬停/位置保持:使用全球导航卫星系统或惯性传感器保持水平俯仰和滚转、稳定偏航航向和高度，同时保持位置。
  • 无头模式:相对于驾驶员位置而不是相对于车辆轴线的俯仰控制。
  • 免维护:水平移动时自动滚动和偏航控制
  • 起飞和着陆(使用各种飞机或地面传感器和系统；另请参见:自动着陆
  • 故障保护:失去控制信号时自动着陆或返回家园
  • 返回家园:飞回起飞点(通常先上升高度以避免可能的干扰障碍物，如树木或建筑物)。
  • 跟随我:使用全球导航卫星系统、图像识别或归航信标保持与移动的飞行员或其他物体的相对位置。
  • 全球定位系统航路点导航:使用全球导航卫星系统导航到旅行路径上的中间位置。
  • 围绕一个物体运行:类似于跟随我，但持续围绕一个目标运行。
  • 预编程的特技飞行(如翻滚和循环)

6 功能编辑

对于特定任务，如空中加油，完全自主是可行的[61]或者基于地面的电池切换；但是更高级别的任务需要更强的计算、感测和执行能力。量化自主能力的一种方法是基于2002年美国美国空军研究实验室提出的 OODA 术语，并在下表中使用:[62]

中等水平的自主性，如反应性自主性和使用认知自主性的高水平，已经在一定程度上实现，是非常活跃的研究领域。

6.1 反应自治

反应自主，例如集体飞行、实时避碰、摸墙和走廊定心，依赖于距离传感器提供的电信和情境感知:光流，[63] 激光雷达(轻型雷达)、雷达、声纳

大多数距离传感器分析电磁辐射，电磁辐射从环境中反射并到达传感器。摄像机(用于视觉流动)充当简单的接收器。激光雷达、雷达和声纳(带有声音机械波)发射和接收波，测量往返传输时间。无人机摄像机不需要发射功率，降低了总功耗。

雷达和声纳主要用于军事应用。

反应自治在某些形式上已经进入消费者市场:它可能在不到十年的时间内就可以广泛获得。[64]

现有系统的前沿(2013)自主水平

6.2 即时定位与地图构建

SLAM 将里程计和外部数据结合起来，以三维方式表示世界和无人机在其中的位置。高空室外导航不需要大的垂直视野，可以依赖于GPS坐标(这使得它比SLAM更简单)。[64]

两个相关的研究领域是摄影测量和激光雷达，特别是在低空和室内三维环境中。

  • 室内摄影测量和立体摄影测量 SLAM已经用四轴飞行器进行了演示。[65]
  • 激光雷达平台具有笨重、昂贵和万向的传统激光平台，这一点已得到证实。研究试图解决生产成本、2D到3D的扩展、功率范围比、重量和尺寸。[66][67] LED 测距应用已商业化，具有低距离传感能力。研究了发光和计算能力之间的混合:相控阵 空间光调制器，[68][69]和调频连续波(FMCW)微机电系统可调垂直腔表面发射激光器s (VCSELs)。[70]

蜂拥而至

机器人群集指的是当元素离开或进入网络时能够动态重新配置的代理网络。它们比多代理合作提供了更大的灵活性。群集可能会打开数据融合的道路。一些受生物启发的飞行群使用转向行为和群集。[需要解释]

未来的军事潜力

在军事领域，美国食肉动物和收割机是为了反暴力主义作战以及在敌人缺乏足够火力击落他们的战区。它们不是设计来承受的防空防御或者空对空战斗。2013年9月，美国总统美国空军空战司令部声明目前的无人机“在竞争环境中毫无用处”，除非有机组人员在场保护它们。[167]答2012国会研究处报告推测，未来无人机可能能够执行情报、监视、侦察和打击以外的任务；CRS的报告将空对空战斗列为未来可能的任务。[168]国防部的无人驾驶系统综合路线图(2013-2038财年)预见了无人机在战斗中更重要的地位。[169]问题包括扩展能力、人-无人机互动、管理增加的信息流、增加自主性和开发无人机专用弹药。[169]美国国防部高级研究计划局美国系统工程，[71]或者General Atomics 的工作可能预示着未来的战争场景，后者披露了配备有高能液体激光区域防御系统的复仇者群。[72]

认知无线电

认知无线电[需要解释]技术可能有无人机的应用。[73]

学习能力

无人机可以利用分布式神经网络。[64]

7 市场编辑

7.1 军队

全球军用无人机市场由美国和以色列的公司主导。根据销售额，美国在2017年占据了超过60%的军事市场份额。五大军用无人机制造商中有四家是美国制造商，包括General Atomics、洛克希德·马丁、诺斯罗普·格鲁曼和波音，其次是中国公司 CASC 。[74]以色列公司主要专注于小型无人机监控系统，按无人机数量计算，以色列在市场上出口了60.7% (2014年)的无人机，而美国出口了23.9% (2014年)；军用无人机的主要进口国是英国(33.9%)和印度(13.2%)。仅美国在2014年就运营了9000多架军用无人机。[75]General Atomics是全球鹰和捕食者/水手系统产品线的主要制造商。

7.2 平民

民用无人机市场由中国公司主导。仅中国无人机制造商 DJI 就在2017年占有75%的民用市场份额，预计2020年全球销售额将达到110亿美元。[76]其次是法国公司Parrot(1.1亿美元)和美国公司3d robotics(2160万美元)。[77]截至2018年3月，超过100万辆无人机(878，000名爱好者和122，000辆商用)在美国联邦航空局注册。2018年，NPD指出，消费者越来越多地购买功能更先进的无人机，在500美元以上和1000美元以上的细分市场中增长了33%。[78]

与军用无人机市场相比，民用无人机市场相对较新。公司同时出现在发达国家和发展中国家。许多早期初创企业得到了美国等投资者和印度等政府机构的支持和资助。[79]一些大学提供研究和培训项目或学位。[80]私营实体还为娱乐和商用无人机提供在线和面对面的培训项目。[81]

由于消费品的成本效益，无人驾驶飞机也被世界各地的军事组织广泛使用。2018年，以色列军方开始使用 DJI 御和马特里切系列无人机用于轻侦察任务，因为民用无人机更容易使用，可靠性更高。DJI无人机也是美国陆军使用的最广泛的商用无人机系统。[82][83]

到2021年，全球无人机市场将达到214.7亿美元，印度市场将达到8.857亿美元。[84]

照明无人机开始在夜间显示屏上用于艺术和广告目的。

7.3 运输

友邦保险报告称，大型运输舰和无人驾驶客机应在未来20年内获得认证并投入使用。搭载传感器的大型无人机预计从2018年开始使用；短途从2025年起，城市外的低空货船；长时间的到2030年中期货运航班，然后到2040年客运航班。支出应该从几亿美元增加到研究与开发到2028年达到40亿美元，到2036年达到300亿美元。[85]

7.4 农业

随着全球粮食生产需求呈指数级增长，资源枯竭，农田减少，农业劳动力日益短缺，迫切需要比传统方法更方便、更智能的农业解决方案，农业无人机和机器人行业预计将取得进展。[86]在世界上，农业无人机已经在非洲等地区使用，这有助于建设可持续农业。[87]

8 发展考虑编辑

8.1 动物模仿——行为学

扑翼扑翼飞行器模仿鸟类或昆虫，是微型无人机。他们固有的隐形能力推荐他们执行间谍任务。

纳米蜂鸟在市场上可以买到，而受苍蝇启发的1g以下微型无人机，尽管使用了动力绳，但可以“降落”在垂直表面。[88]

其他项目包括未孵化的“甲虫”和其他昆虫。[89]

研究正在探索被称为单眼的微型光流传感器，它模仿由多个面形成的复合昆虫眼睛，可以将数据传输到能够处理光流以及光强差异的神经形态芯片。

8.2 忍耐

UEL无人机-741汪克尔引擎无人机行动

飞行时间相对质量小(小于1 kg)无人驾驶飞机[3]

无人机的耐力不受人类飞行员生理能力的限制。

汪克尔旋转发动机因其体积小、重量轻、振动小和功率重量比高而被用于许多大型无人机。他们的发动机转子不能卡住；发动机在下降过程中不容易受到冲击冷却的影响，并且在高功率冷却时不需要浓缩的燃料混合物。这些属性减少了燃料用量，增加了航程或有效载荷。

无人机的适当冷却对于无人机的长期耐用性至关重要。过热和随后的发动机故障是无人机故障的最常见原因。[90]

氢燃料电池使用氢能源，可以将小型无人机的续航时间延长到几个小时。[91][92][93]

到目前为止，由于较低的雷诺数，扑翼无人机的微型飞机耐力最好，其次是飞机和多旋翼飞机。[90]

太阳能电动无人机最初是由AstroFlight Sunrise在1974年提出的概念，已经达到了几周的飞行时间。

太阳能大气卫星(“Atmos”)设计用于在20°以上的高度运行 长达五年的千米(12英里，或60，000英尺)可能比近地轨道卫星更经济、更多功能。可能的应用包括天气监测、灾难恢复、地球成像和通信。

由微波功率传输或激光功率束供电的电动无人机是其他潜在的耐久性解决方案。[94]

高耐久性无人机的另一个应用是长时间“凝视”战场(ARGUS-IS、高更凝视、集成传感器结构)，记录事件，然后可以回放以跟踪战场活动。

长途耐力飞行
无人机 飞行时间
小时:分钟		 日期 笔记
波音秃鹰 58:11 1989 飞机目前在Hiller Aviation Museum 。

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TAM-5 38:52 2003年8月11日 跨越大西洋的最小无人机

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泽弗太阳能电力公司 54:00 2007年9月 [99][100]
RQ-4全球鹰 33:06 2008年3月22日 为一架全尺寸、可操作的无人驾驶飞机创下耐久记录。[101]
泽弗太阳能电力公司 82:37 2008年7月28-31日 [102]
泽弗太阳能电力公司 336:22 2010年7月9-23日 [103]

8.3 可靠性

可靠性改进的目标是无人机系统的各个方面，使用了弹性工程和容错技术。

个体可靠性包括飞行控制器的鲁棒性，以确保安全而没有过度冗余，从而将成本和重量降至最低。[104]此外，动态评估飞行包线允许抗损坏无人机，使用非线性分析使用特别设计的回路或神经网络。[105]无人机软件责任正转向载人航空电子软件的设计和认证。[106]

群体弹性包括维护操作能力和在给定单元故障的情况下重新配置任务。[107]

9 应用程序编辑

无人机有许多民用、商用、军用和航空航天应用。其中包括:

公民的
救灾、考古学、生物多样性保护和栖息地、执法、犯罪和恐怖主义
商业的
空中监视、电影制作、新闻、科学研究、测量、货物运输和农业
军队
侦察、攻击、排雷和目标练习

10 现有无人机编辑

参见: Category:Unmanned aerial vehicle manufacturers

全世界许多国家都在开发和部署无人机。由于无人机系统的广泛扩散，目前还没有完整的无人机系统清单。[108][108]

出口无人机或能携带500架的技术 kg有效载荷至少300 在许多国家，知识管理受到导弹技术控制制度的限制。

11 安全和安保编辑

美国农业部张贴海报，警告无人驾驶飞机在野火附近飞行的风险

11.1 空中交通

无人机可以以多种方式威胁空域安全，包括与其他飞机的无意碰撞或其他干扰、故意攻击或分散飞行员或飞行控制员的注意力。第一起无人机撞击事件发生在2017年10月中旬，地点是加拿大魁北克市。[109]2018年8月10日，在美国Driggs, Idaho ，记录了无人机与热气球碰撞的第一个实例；虽然气球没有受到重大损坏，也没有3名乘员受伤，但气球驾驶员向NTSB 报告了这一事件，称“我希望这一事件有助于建立尊重自然、空气空间以及规则和条例的对话。”[110]在最近的事件中，飞入机场或机场附近的无人机会长时间关闭它们。[111]

11.2 恶意使用

无人机可以装载危险的有效载荷，并撞上易受攻击的目标。有效载荷可以包括爆炸物、化学物品、放射物品或生物性有害因素物品。携带非致命有效载荷的无人机可能会被黑客攻击并用于恶意目的。各国正在开发反无人机系统来应对这一威胁。然而，这被证明是困难的。正如罗杰斯博士在接受A&T采访时说的那样，“目前有一场关于对抗这些小型无人机的最佳方法的大辩论，无论它们是被爱好者使用，造成一点麻烦，还是被恐怖分子以更险恶的方式使用。”[112]

到2017年，无人驾驶飞机被用来将违禁品扔进监狱。[113]无人驾驶飞机导致2018年12月，格域机场发生重大混乱需要部署英国军队。[114] [115]

11.3 反无人驾驶航空系统

无人机的恶意使用导致了反无人机系统(C-UAS)技术的发展，如拉斐尔·无人机圆顶和雷神郊狼。铁穹防御系统等防空导弹系统也在利用as技术得到增强。

11.4 安全漏洞

在2009年掠夺者无人机视频流劫持事件后，人们对无人机网络安全的兴趣大大提高，[116]伊斯兰激进分子使用廉价的现成设备流式传输无人机的视频。另一个风险是劫持或干扰无人机飞行的可能性。一些安全研究人员已经公开了商用无人机的一些漏洞，在某些情况下甚至提供了完整的源代码或工具来重现它们的攻击。[117]在2016年10月关于无人机和隐私的研讨会上，联邦贸易委员会的研究人员显示，他们能够侵入三种不同的消费者四旋翼飞行器，并指出无人机制造商可以通过加密无线信号和增加密码保护的基本安全措施，使他们的无人机更加安全。[118]

11.5 野火

在美国，靠近野火飞行可被处以最高25，000美元的罚款。然而，在2014年和2015年，加利福尼亚州的消防空中支援几次受阻，包括在火湖[119]和北火。[120][121]作为回应，加州立法者提出了一项法案，允许消防员禁用侵入受限空域的无人机。[122]美国联邦航空局后来要求大多数无人机注册。

无人机的使用也正在调查中，以帮助探测和扑灭野火，无论是通过观察还是发射烟火装置来启动逆火。[123]

12 管理编辑

伦理问题和无人机相关事故促使各国监管无人机的使用。

12.1 爱尔兰

Irish Aviation Authority (IAA)要求所有无人机超过1架 公斤将在重4公斤的无人机上登记 公斤或以上，需要IAA颁发许可证。[124][125]

12.2 荷兰

截至May 2016年，the荷兰警方测试是否经过培训秃鹰s到拦截冒犯无人机。[126][127]

12.3 加拿大

2016年，加拿大交通部提议实施新法规，要求所有250克以上的无人机进行登记和投保，运营商必须达到最低年龄并通过考试才能获得许可证。[128]这些条例预计将于2018年出台。[129]

12.4 南非

2014年4月，南非民航局宣布将打击无人机在南非领空的非法飞行。[130]重量小于7的“业余无人机” kg高度最高达500米，限制视线低于无人机300米内最高障碍物的高度。这种车辆不需要执照。[131]

12.5 阿拉伯联合酋长国

为了在迪拜驾驶无人机，公民必须从迪拜民航局(DCAA)获得无异议证书。该证书可以在线获得。[132]

12.6 意大利

ENAC(Ente Nazionale per l ' aviazione Civile)，即负责民用航空领域技术监管、认证、监督和控制的意大利民航局，于2016年5月31日发布了一项针对所有无人机的非常详细的法规，确定了可以使用哪些类型的车辆、在哪里使用、用于何种目的以及谁可以控制它们。该条例涉及无人机的商业和娱乐用途。最新版本于2016年12月22日发布。[133]

12.7 日本

2015年，日本 民航局宣布，“无人机”(指任何不能容纳机上任何人且可以遥控或自动驾驶的飞机、旋翼机、滑翔机或飞艇)应(A)不要在机场附近或上空飞行，(B)不要在地面/水面以上150米以上飞行，(C)不要在市区和郊区上空飞行(因此只允许在农村地区飞行)。)无人驾驶飞机/无人驾驶飞机应手动操作，并处于可视视线(VLOS)等位置。无人驾驶飞机不应在该国任何重要建筑物或设施附近飞行，包括核设施。无人机必须完全遵循日本无线电法案。[134]

12.8 美国

娱乐用途

从2015年12月21日起，所有250克至25公斤之间的爱好型无人机都需要不迟于2016年2月19日向联邦航空局登记。[135]

新的联邦航空局无人机注册流程包括以下要求:

  • 合格的所有者必须在飞行前注册他们的无人机。非商业航班不再需要注册。[136]
  • 如果业主不满13岁，父母或其他负责人必须进行联邦航空局登记。
  • 无人机必须标有联邦航空局颁发的注册号。[137]
  • 注册费是5美元。注册有效期为3年，可以按5美元的价格再延长3年。[138]
  • 单一登记适用于个人拥有的所有无人机。不登记可导致最高27，500美元的民事处罚和最高250，000美元的刑事处罚和/或最高三年的监禁。[139]

2017年5月19日，在本案中Taylor诉Huerta,[140]美国哥伦比亚特区巡回上诉法院[141]认为美国联邦航空局2015年的无人机注册规则违反了2012年的规则联邦航空局现代化和改革法案。根据法院的判决，尽管商用无人机运营商需要注册，娱乐运营商却不需要。[142]2017年5月25日，即泰勒决定，黛安娜·范斯坦参议员介绍了S. 1272，即2017年的《无人机联邦法》，[143]在国会。

商业用途

2016年6月21日，联邦航空管理局宣布了对0.55至55磅(约250克至25克)小型UAS飞行器商业运营的规定 kg ),包括有效载荷。这些规则排除了爱好者，要求在所有操作中必须有一个许可的远程指挥飞行员。任何至少16岁的公民都可以获得这一职位的证明，只需通过书面测试，然后提交申请。对于那些持有体育飞行员执照或更高执照的人，根据当前的飞行评估，可以在faasafety.gov网站上免费参加一项针对特定规则的考试。其他申请者必须在航空测试中心参加更全面的考试。所有持牌人须每两年参加一次检讨课程。目前还没有较重UAS的评级。[144]

商业运营仅限于白天，视线在100°以下 时速400英尺以下， G级空域，不得飞越人或由移动车辆操作。[145]一些组织已获得豁免或授权证书，允许他们超越这些规则。[146]2018年9月20日，State Farm Insurance 与弗吉尼亚理工大学大西洋中部航空合作伙伴关系和联邦航空局一体化试点计划合作，成为美国第一个驾驶无人机“超视距”(BVLOS)并超过联邦航空局第107部分豁免规定的人员的国家。这次飞行是在布莱克斯堡校园外的弗吉尼亚理工大学肯特兰农场用SenseFly eBee汽车进行的，机长是州农场天气灾难索赔服务员工克里斯蒂安·康(Part 107 & 61 pilot)。[147]此外，美国有线电视新闻网对无人机的豁免修改为防止伤害飞越人员，而其他豁免允许夜间使用特殊照明飞行，或者用于农业或铁路轨道检查的非视线操作。[148]

在此声明之前，任何商业用途都需要完整的飞行员执照和联邦航空局的豁免，其中数百份已经获得批准。

政府使用

为执法目的使用无人机在州一级受到管制。[来源请求]

在俄勒冈州，如果有足够的理由相信当前环境对无人机获取信息或帮助个人构成了迫在眉睫的危险，执法部门可以在没有授权的情况下操作非武器化无人机。否则，必须获得最长30天互动期的授权令。[149]

12.9 联合王国

截至2018年12月，美国无人机20 kilograms (44 pounds)或者更少必须在操作者的视力范围内飞行。在建成区，无人机必须150 feet (46 metres)远离人群，不能飞越人群或建筑区域。[150]

2018年7月，驾驶无人机飞越上空成为非法行为400 feet (120 metres)在里面飞翔1 kilometre (0.62 miles)飞机、机场和机场。

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