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無人機(jī)應(yīng)用最廣的自動駕駛,超全的無人機(jī)知識講解

無人機(jī)行業(yè)概況無人機(jī)是不攜載操作人員、由動力驅(qū)動、可重復(fù)使用、利用空氣動力承載飛行、可攜帶有效載荷、在遠(yuǎn)程控制或自主規(guī)劃的情況下完成指定任務(wù)的航空器。根據(jù)北京航空航天大學(xué)出版社出版的《無人機(jī)系統(tǒng)概論》,典型的無人機(jī)系統(tǒng)由飛行平臺、動力裝置、航電系統(tǒng)、任務(wù)載荷系統(tǒng)、地面系統(tǒng)、綜合保障系統(tǒng)等組成,具體構(gòu)成如下圖所示:

技術(shù)前沿:無人機(jī)——應(yīng)用最廣的自動駕駛

飛行平臺是無人機(jī)最基本的組成部分,是無人機(jī)的主體。飛行平臺將動力裝置、航電系統(tǒng)、任務(wù)載荷以及其他部件組合成一個整體,以實(shí)現(xiàn)無人機(jī)在空中的飛行。

無人機(jī)使用的動力裝置主要有渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)、活塞式發(fā)動機(jī)、渦輪噴氣發(fā)動機(jī)、渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)、渦軸發(fā)動機(jī)及電動機(jī)等。

航電系統(tǒng)包含飛控系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、機(jī)載電源及空中交管等系統(tǒng),系保證無人機(jī)完成擬定任務(wù)的關(guān)鍵系統(tǒng)。其中飛控系統(tǒng)系無人機(jī)完成起飛、空中飛行、執(zhí)行任務(wù)和返場的核心系統(tǒng);導(dǎo)航系統(tǒng)保障了無人機(jī)安全、準(zhǔn)時、準(zhǔn)確到達(dá)既定任務(wù)地點(diǎn);機(jī)載電源保障無人機(jī)上動力、測控、飛行控制與管理、導(dǎo)航及任務(wù)設(shè)備等系統(tǒng)和設(shè)備正常工作。

任務(wù)載荷系統(tǒng)指無人機(jī)攜帶的完成指定任務(wù)的設(shè)備或裝置,按用途可分為偵察監(jiān)視、情報通信、電子對抗、武器彈藥及其他民用裝備等。

地面系統(tǒng)主要包括指揮控制、起降控制、地面終端及通信鏈路等系統(tǒng)。其中,指揮控制、起降控制主要由地面終端地面控制站實(shí)現(xiàn),地面控制站也稱地面站、遙控站或者任務(wù)規(guī)劃與控制站,是實(shí)現(xiàn)無人機(jī)指揮控制、任務(wù)規(guī)劃、操作控制及顯示記錄功能的控制系統(tǒng)。通信鏈路是無人機(jī)與地面系統(tǒng)聯(lián)系的紐帶,主要任務(wù)是建立空地雙向數(shù)據(jù)傳輸通道,用于完成地面控制站對無人機(jī)的遠(yuǎn)距離遙控、遙測和任務(wù)信息傳輸?shù)裙δ堋?/p>

綜合保障系統(tǒng)包含飛機(jī)平臺及地面系統(tǒng)的維護(hù)保障系統(tǒng)、人力資源配備及其他設(shè)備設(shè)施,對無人機(jī)系統(tǒng)起支持支撐作用。

無人機(jī)分類

隨著無人機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,無人機(jī)系統(tǒng)形成了種類繁多、用途廣泛、特點(diǎn)鮮明的分類特征,致使其在尺寸、質(zhì)量、航程、航時、飛行高度、飛行速度、性能和特征以及任務(wù)等多方面都有較大差異。通常,無人機(jī)可按用途、飛行平臺構(gòu)造、大小、飛行性能、續(xù)航時間等方法進(jìn)行分類。

  1. 按用途分類總體來看,無人機(jī)可分為軍用無人機(jī)與民用無人機(jī)兩大類,其中民用無人機(jī)一般又分為消費(fèi)級無人機(jī)及工業(yè)級無人機(jī)。

技術(shù)前沿:無人機(jī)——應(yīng)用最廣的自動駕駛

①軍用無人機(jī)的分類

軍用無人機(jī)可按不同的軍事用途和作戰(zhàn)任務(wù)分為無人偵察機(jī)/監(jiān)視機(jī)、無人戰(zhàn)斗機(jī)、通信中繼無人機(jī)、電子干擾無人機(jī)等單一用途無人機(jī),以及偵察打擊一體化無人機(jī)等多用途無人機(jī)。

無人偵察機(jī)/監(jiān)視機(jī)是指借助機(jī)上的電子偵察設(shè)備獲取目標(biāo)信息的無人機(jī),通常攜帶有光學(xué)照相機(jī)、微光(紅外)攝像機(jī)、電視攝像機(jī)、紅外線行掃描儀、熱成像儀、CCD成像系統(tǒng)、激光指示器、激光測距儀和自動跟蹤器、合成孔徑雷達(dá)等以執(zhí)行搜索、檢測和識別等軍事任務(wù)。典型的無人偵察機(jī)包括美國諾格公司生產(chǎn)的全球鷹(GlobalHawk)無人機(jī)系統(tǒng)及MQ-4C無人機(jī)系統(tǒng)等。

無人戰(zhàn)斗機(jī)指攜帶小型和大威力的精確制導(dǎo)武器、激光武器或反輻射導(dǎo)彈,執(zhí)行空戰(zhàn)或?qū)Φ厝蝿?wù)的無人機(jī)。典型的無人戰(zhàn)斗機(jī)以美國諾格公司的X-47B無人戰(zhàn)斗機(jī)、英國BAE系統(tǒng)公司的雷神無人戰(zhàn)斗機(jī)及法國達(dá)索公司的神經(jīng)元無人戰(zhàn)斗機(jī)等。

通信中繼無人機(jī)作為空中中繼平臺,可增加信息的傳輸距離,即利用無人機(jī)向其他軍用機(jī)傳輸圖像等信號,一般安裝了超高頻或甚高頻的無線電通信設(shè)備。

電子干擾無人機(jī)可利用有源或無源電子干擾設(shè)備,通過輻射電磁或釋放鋁箔條和金屬干擾絲等破壞敵方通信系統(tǒng),干擾敵方電子設(shè)備,使其效能低下甚至完全失效。目前,電子干擾無人機(jī)大多采用無源干擾方式,基本的干擾設(shè)備包括鋁箔條投放器、曳光彈投放器和雷達(dá)回波增強(qiáng)設(shè)備等。典型的電子干擾無人機(jī)包括美軍裝備的微型誘餌無人機(jī)MALD-J等。

察打一體無人機(jī)通過將無人偵察機(jī)配備打擊武器,實(shí)現(xiàn)偵察和打擊的一體化,可以及時地向其所探測到的目標(biāo)發(fā)動攻擊,大大提高了偵察信息的時效性和攻擊的準(zhǔn)確性。

技術(shù)前沿:無人機(jī)——應(yīng)用最廣的自動駕駛

技術(shù)前沿:無人機(jī)——應(yīng)用最廣的自動駕駛

②民用無人機(jī)的分類

民用無人機(jī)根據(jù)下游用戶的類型,可分為消費(fèi)級與工業(yè)級無人機(jī)兩種類別。消費(fèi)級無人機(jī)主要為小型無人機(jī),滿足普通消費(fèi)者對航拍及娛樂的需求,操作便利性好;工業(yè)級無人機(jī)主要用于協(xié)同或代替人工完成多種商業(yè)領(lǐng)域的任務(wù),其通常搭載為完成作業(yè)飛行活動的裝置或設(shè)備。

在工業(yè)領(lǐng)域,無人機(jī)具有成本相對較低,無人員傷亡風(fēng)險、生存能力強(qiáng)、機(jī)動性能好、使用便利性強(qiáng)等優(yōu)勢,因此得到了廣泛的應(yīng)用。其主要應(yīng)用市場包括人工影響天氣、應(yīng)急救災(zāi)、氣象監(jiān)測、航空拍攝、地質(zhì)地貌測繪、森林防火、地震調(diào)查、核輻射探測、邊境巡邏、科研試驗、海事偵察、環(huán)境監(jiān)測等多個領(lǐng)域。工業(yè)無人機(jī)的主要使用用途如下表所示:

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按飛行平臺構(gòu)造形式分類

根據(jù)清華大學(xué)出版社出版的《無人機(jī)概論》,按飛行平臺構(gòu)造形式的不同,無人機(jī)可分為固定翼無人機(jī)、無人直升機(jī)、多旋翼無人機(jī)和混合式無人機(jī)等。具體而言,不同飛行平臺構(gòu)造形式的無人機(jī)系統(tǒng)特征如下:

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按大小分類

根據(jù)北京航空航天大學(xué)出版社出版的《無人機(jī)系統(tǒng)概論》,按照無人機(jī)的質(zhì)量及外形尺寸的大小,無人機(jī)可分為微型無人機(jī)、小型無人機(jī)、中型無人機(jī)和大型無人機(jī)幾大類。大型無人機(jī)質(zhì)量一般大于800千克;中型無人機(jī)質(zhì)量一般為200-800千克;輕型無人機(jī)質(zhì)量一般為100-200千克;小型無人機(jī)質(zhì)量一般為1-100千克;微型無人機(jī)質(zhì)量一般小于1千克。發(fā)行人主要從事大型無人機(jī)的研制與生產(chǎn)業(yè)務(wù)。

按飛行性能分類

根據(jù)北京航空航天大學(xué)出版社出版的《無人機(jī)系統(tǒng)概論》及國防工業(yè)出版社出版的《無人機(jī)手冊》,按照無人機(jī)的飛行性能,可從飛行速度、航程、實(shí)用升限、續(xù)航時間對無人機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行分類。

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在飛行速度方面,無人機(jī)可分為低速無人機(jī)、亞聲速無人機(jī)、跨聲速無人機(jī)、超聲速無人機(jī)和高超聲速無人機(jī)。低速無人機(jī)的馬赫數(shù)(Ma)一般小于0.4;亞聲速無人機(jī)的Ma一般為0.4-0.85;跨聲速無人機(jī)的Ma一般0.85-1.3;超聲速無人機(jī)的Ma一般為1.3-5;高超聲速無人機(jī)的Ma一般大于5。在航程(或活動半徑)方面,無人機(jī)可分為超近程無人機(jī)、近程無人機(jī)、短程無人機(jī)、中程無人機(jī)和遠(yuǎn)程無人機(jī)。超近程無人機(jī)活動半徑為5-15公里;近程無人機(jī)活動半徑為15-50公里;短程無人機(jī)活動半徑為50-200公里;中程無人機(jī)活動半徑為200-800公里;遠(yuǎn)程無人機(jī)活動半徑大于800公里。

在實(shí)用升限方面,無人機(jī)可分為超低空無人機(jī)、低空無人機(jī)、中空無人機(jī)、高空無人機(jī)和超高空無人機(jī)。超低空無人機(jī)實(shí)用升限一般為0-100米;低空無人機(jī)實(shí)用升限一般為100-1,000米;中空無人機(jī)實(shí)用升限一般為1,000-7,000米;高空無人機(jī)實(shí)用升限一般為7,000-20,000米;超高空無人機(jī)實(shí)用升限一般大于20,000米。

按照無人機(jī)的續(xù)航時間,無人機(jī)可分為長航時無人機(jī)、中航時無人機(jī)及短航時無人機(jī)。通常將續(xù)航時間大于24小時的無人機(jī)系統(tǒng)稱為長航時無人機(jī),續(xù)航時間在6-24小時的無人機(jī)系統(tǒng)稱為中航時無人機(jī),續(xù)航時間小于6小時的無人機(jī)系統(tǒng)稱為短航時無人機(jī)。

無人機(jī)行業(yè)發(fā)展歷程

  1. 軍用無人機(jī)發(fā)展歷程

無人機(jī)的發(fā)展最早可以追溯到1917年,當(dāng)時英國皇家航空研究院將空氣動力學(xué)、輕型發(fā)動機(jī)和無線電三者結(jié)合起來,研制出世界上第一架無人駕駛飛機(jī)。此后,全球軍用無人機(jī)的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下幾個階段:20世紀(jì)20-60年代,無人機(jī)主要作為靶機(jī)使用,是無人機(jī)發(fā)展的起步階段;20世紀(jì)60-80年代,無人偵察機(jī)及電子類無人機(jī)在戰(zhàn)場上嶄露頭角,無人機(jī)開始進(jìn)入實(shí)用階段;從20世紀(jì)90年代起,無人機(jī)在現(xiàn)代高技術(shù)局部戰(zhàn)爭中得到了全面應(yīng)用,無人機(jī)正處于迅猛崛起和蓬勃發(fā)展階段。全球軍用無人機(jī)的發(fā)展歷程如下:

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相較其他國家,我國無人機(jī)研究起步相對較晚,始于20世紀(jì)50年代后期。目前,我國已研制了多種規(guī)格、多種型號、多種用途的軍用無人偵察機(jī)、無人直升機(jī)、察打一體無人機(jī)、無人攻擊機(jī)等,可裝載多種任務(wù)載荷并執(zhí)行多種任務(wù),成功實(shí)現(xiàn)出口貿(mào)易及國內(nèi)軍用列裝??傮w來看,我國無人機(jī)設(shè)計制造技術(shù)已達(dá)到世界先進(jìn)水平。

軍用無人機(jī)具有人員零傷亡、作戰(zhàn)性能優(yōu)越、成本低等顯著特點(diǎn),已經(jīng)逐步成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭不可或缺的重要武器平臺,所執(zhí)行的任務(wù)已從空中偵察、戰(zhàn)場監(jiān)視和支援有人駕駛戰(zhàn)斗機(jī)向壓制敵方防空系統(tǒng)、實(shí)施快速地面打擊和導(dǎo)彈防御等領(lǐng)域擴(kuò)展,正在逐步實(shí)現(xiàn)從輔助作戰(zhàn)手段向基本作戰(zhàn)手段的跨越。經(jīng)過幾次局部戰(zhàn)爭的實(shí)踐,無人機(jī)已成為美國、以色列、法國、英國等西方國家武器裝備發(fā)展的重點(diǎn)之一,也是我國未來武器裝備發(fā)展的重點(diǎn)方向。

  1. 民用無人機(jī)發(fā)展歷程

無人機(jī)系統(tǒng)最初應(yīng)用以軍事領(lǐng)域為主,20世紀(jì)90年代以來,世界各國紛紛探索無人機(jī)在民用領(lǐng)域的應(yīng)用,但由于無人和非無人控制系統(tǒng)分離困難,自動化程度低,無人機(jī)在民用領(lǐng)域發(fā)展成果較小。2010年后,隨著自動化與無人機(jī)可靠性不斷提高,無人機(jī)具備了小型化、智能化、低成本的條件,無人機(jī)民用應(yīng)用拓展迅猛。不僅消費(fèi)級無人機(jī)廣泛普及,工業(yè)無人機(jī)在人工影響天氣、應(yīng)急產(chǎn)業(yè)、氣象監(jiān)測、巡檢、安防監(jiān)控、農(nóng)林植保、測繪與地理信息等領(lǐng)域同時得以快速發(fā)展。

2、行業(yè)發(fā)展情況和未來發(fā)展趨勢

隨著航空科技進(jìn)步與工業(yè)體系升級,各種功能和性能的無人機(jī)系統(tǒng)不斷創(chuàng)新發(fā)展,構(gòu)成了世界范圍內(nèi)武器裝備發(fā)展的核心競爭領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)競爭方向。特別是隨著信息技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的快速發(fā)展,極大地推動了無人機(jī)系統(tǒng)跨越發(fā)展。在軍事領(lǐng)域,無人化作戰(zhàn)裝備發(fā)展進(jìn)入新階段,無人機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用成效顯著,有人、無人系統(tǒng)協(xié)同任務(wù)構(gòu)成新體系,正在催生軍事變革與新戰(zhàn)爭樣式,成為各軍事科技強(qiáng)國爭奪的戰(zhàn)略制高點(diǎn);在民用領(lǐng)域,無人機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)滲透到不同行業(yè)的眾多應(yīng)用場景中,孕育著大規(guī)模的行業(yè)應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化,并成為世界航空工業(yè)未來最具活力的增長領(lǐng)域。

軍用無人機(jī)行業(yè)發(fā)展情況和未來發(fā)展趨勢

1)全球軍用無人機(jī)行業(yè)發(fā)展情況

近年來,在信息化戰(zhàn)爭的發(fā)展形勢下,無人機(jī)等新型裝備需求大幅提升,再加上不斷爆發(fā)的安全問題、領(lǐng)土爭端,裝備無人機(jī)成為了以較低成本增強(qiáng)自身國防實(shí)力的有效手段,導(dǎo)致全球軍用無人機(jī)需求不斷擴(kuò)大。根據(jù)蒂爾集團(tuán)的報告,2019年-2028年全球軍用無人機(jī)年產(chǎn)值(含采購)逐年增長,到2028年產(chǎn)值預(yù)計達(dá)到147.98億美元,年產(chǎn)值(含采購)復(fù)合增長率約5.36%,市場保持可持續(xù)的穩(wěn)定發(fā)展。

技術(shù)前沿:無人機(jī)——應(yīng)用最廣的自動駕駛

由于對無人機(jī)裝備有需求的國家很多,但目前全球具備自主生產(chǎn)高性能軍用無人機(jī)能力的國家較少,因此相較傳統(tǒng)武器裝備,無人機(jī)全球軍貿(mào)市場較為活躍。目前全球無人機(jī)系統(tǒng)軍貿(mào)領(lǐng)域主要出口國家為以色列、中國及美國,澳大利亞、土耳其、瑞典、意大利等國也有部分無人機(jī)出口。根據(jù)斯德哥爾摩國際和平研究所(SIPRI)統(tǒng)計,2010年至2020年度,無人機(jī)軍貿(mào)市場中以色列出口份額最大,約占軍貿(mào)市場31%,美國市場份額約28%,中國市場份額約17%,其他國家無人機(jī)系統(tǒng)軍貿(mào)出口規(guī)模合計占比約25%。中國無人機(jī)出口的主力機(jī)型為“翼龍”和“彩虹”系列無人機(jī)。

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軍用無人機(jī)行業(yè)未來發(fā)展趨勢

①成為先進(jìn)空中作戰(zhàn)力量的主戰(zhàn)裝備和體系化、智能化作戰(zhàn)的關(guān)鍵組成部分

高空、高速、隱身、長航時等先進(jìn)無人機(jī)系統(tǒng)將在未來高危險區(qū)域、高強(qiáng)度對抗作戰(zhàn)環(huán)境中顯示出突出的戰(zhàn)略突防能力和持久作戰(zhàn)能力;有人無人協(xié)同、分布式空中作戰(zhàn)、集群作戰(zhàn)等將成為未來空中作戰(zhàn)的重要形態(tài),高性能無人機(jī)系統(tǒng)將成為未來智慧化空中力量建設(shè)的重中之重。信息化、網(wǎng)絡(luò)化背景下裝備體系對抗是未來高技術(shù)戰(zhàn)爭的主要作戰(zhàn)樣式,武器裝備發(fā)展將由“以平臺為中心”向“以任務(wù)能力為中心”的體系化、網(wǎng)絡(luò)化轉(zhuǎn)變,無人機(jī)系統(tǒng)通過對現(xiàn)有作戰(zhàn)方式和裝備體系的跨域“賦能”,有效推動信息組網(wǎng)和聯(lián)合作戰(zhàn)水平,充分發(fā)揮裝備體系在信息化戰(zhàn)爭條件下全維、精確、敏捷的作戰(zhàn)效能。

②綜合集成化

軍用無人機(jī)需面對日益復(fù)雜的現(xiàn)代戰(zhàn)爭方式與環(huán)境,僅靠單一的偵察、監(jiān)視和攻擊等系統(tǒng),無法在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中充分發(fā)揮其應(yīng)有的戰(zhàn)斗力。無人機(jī)系統(tǒng)必須充分發(fā)揮各種功能、各種層次無人機(jī)的優(yōu)勢,并與其他作戰(zhàn)系統(tǒng)聯(lián)結(jié)成一個能夠相互配合、相互補(bǔ)充、協(xié)同作戰(zhàn)的有機(jī)整體,才能達(dá)到最佳的整體作戰(zhàn)效果。綜合集成不僅包括傳統(tǒng)的性能提高、作戰(zhàn)要素更新等縱向集成,還包括將各種作戰(zhàn)平臺無縫隙地連接在一起的橫向集成,其中,有人機(jī)與無人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)已成為世界各國無人機(jī)戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)略發(fā)展研究的重要方向。

③高度智能化

無人機(jī)從起飛到著陸的一系列任務(wù)都依賴操作員和地面控制站,并且無人機(jī)與操作員的協(xié)調(diào)性要求較有人機(jī)更為復(fù)雜,遙控延遲和非直觀的操作模式?jīng)Q定了無人機(jī)對戰(zhàn)況的響應(yīng)效率低于有人機(jī)。此外,現(xiàn)在的無人機(jī)主要采用人工控制的方式,操作可能受到電磁攻擊等影響,倘若操作人員臨時判斷失誤,也會帶來災(zāi)難性后果。

為此,無人機(jī)須具備高度的自動化和智能化水平,自主判斷對戰(zhàn)場變數(shù)的應(yīng)急策略,因此包括自主飛行、任務(wù)智能規(guī)劃、智能武器等在內(nèi)的高度的自動化和智能化水平是無人機(jī)發(fā)展的重要趨勢。此外,鑒于無人機(jī)具有大量的飛行數(shù)據(jù)可用于分析并對無人機(jī)自主智能進(jìn)行針對性優(yōu)化,未來結(jié)合大數(shù)據(jù)應(yīng)用的無人機(jī)智能自主性必將大大增強(qiáng)。

④向隱身、高空、高速、長航時發(fā)展

隱身無人機(jī)是現(xiàn)代隱身技術(shù)與無人機(jī)技術(shù)結(jié)合的成果,在未來的空戰(zhàn)中,隱身無人機(jī)將成為高性能防空武器的典型代表,并大大降低無人機(jī)的擊毀率,提高軍用無人機(jī)的戰(zhàn)場運(yùn)作空間,降低無人機(jī)作戰(zhàn)成本。此外,為提高軍用無人機(jī)持續(xù)偵察能力與作戰(zhàn)能力,并在偵察時獲得最準(zhǔn)確、最全面的敵方情報,提高續(xù)航能力、飛行速度與飛行高度也成為世界各國對于無人機(jī)系統(tǒng)研究的重點(diǎn)發(fā)展方向之一。高空、高速、長航時不僅可以保障無人機(jī)的運(yùn)行安全,還可以擴(kuò)大無人機(jī)作戰(zhàn)半徑,提升工作效率,從而進(jìn)一步發(fā)揮軍用無人機(jī)系統(tǒng)戰(zhàn)場偵察、監(jiān)視和攻擊作用。

軍用大型固定翼長航時無人機(jī)發(fā)展概況

發(fā)行人翼龍系列無人機(jī)系統(tǒng)為大型固定翼長航時無人機(jī)系統(tǒng),目前在軍用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用于執(zhí)行大范圍偵察、情報傳輸及火力打擊等任務(wù)。根據(jù)蒂爾集團(tuán)出具的報告,2018年至2027年,全球軍用無人機(jī)主要產(chǎn)值集中在無人攻擊機(jī)系統(tǒng)、中空長航時無人機(jī)系統(tǒng)及高空長航時無人機(jī)系統(tǒng)領(lǐng)域,其中中空長航時無人機(jī)系統(tǒng)及高空長航時無人機(jī)系統(tǒng)十年總產(chǎn)值為430.50億美元,市場發(fā)展空間廣闊。

技術(shù)前沿:無人機(jī)——應(yīng)用最廣的自動駕駛

①偵察監(jiān)視領(lǐng)域

高度智能化的無人機(jī)系統(tǒng)具備對目標(biāo)的實(shí)時發(fā)現(xiàn)、識別和追蹤能力,監(jiān)視畫面可由數(shù)據(jù)鏈實(shí)時傳送回地面控制系統(tǒng)。在偵察監(jiān)視領(lǐng)域,相較有人偵察機(jī),大型固定翼長航時無人機(jī)具有可晝夜持續(xù)偵察監(jiān)視能力,不必考慮飛行員的疲勞和傷亡等問題,特別在對方嚴(yán)密設(shè)防的重要地域?qū)嵤﹤刹旎蛟谟腥藱C(jī)難以接近的情況下,使用無人機(jī)偵察系統(tǒng)具備顯著的優(yōu)勢。與其他無人機(jī)系統(tǒng)相比較,大型固定翼長航時無人機(jī)系統(tǒng)能夠匹配軍用中遠(yuǎn)程偵察監(jiān)視任務(wù)對長航程、長航時及穩(wěn)定的飛行性能的基本要求。以我國翼龍系列無人機(jī)系統(tǒng)、美國捕食者無人機(jī)系統(tǒng)及全球鷹無人機(jī)系統(tǒng)、土耳其安卡無人機(jī)系統(tǒng)、以色列蒼鷺無人機(jī)系統(tǒng)等為代表的大型固定翼長航時無人機(jī)系統(tǒng)已成為目前軍用中遠(yuǎn)程偵察監(jiān)視任務(wù)無人機(jī)的主力機(jī)型,已在全球軍用偵察監(jiān)視任務(wù)中得到了廣泛應(yīng)用。

②火力打擊領(lǐng)域

鑒于無人機(jī)系統(tǒng)任務(wù)載荷重量受無人機(jī)大小等參數(shù)直接限制,大型固定翼長航時無人機(jī)相較小型無人機(jī)可以加裝更多武器,在提高武器裝備能力并提升無人機(jī)火力打擊效率等方面具備天然優(yōu)勢。目前,軍用火力打擊領(lǐng)域主要無人機(jī)類型包括無人戰(zhàn)斗機(jī)及大型固定翼長航時無人機(jī),大型固定翼長航時無人機(jī)相較無人戰(zhàn)斗機(jī)具有長航時優(yōu)勢,可執(zhí)行持久性火力打擊任務(wù)。此外,大型固定翼長航時無人機(jī)可實(shí)現(xiàn)察打一體化,大大縮短了對目標(biāo)的“殺傷鏈”周期,不僅增大了對目標(biāo)的摧毀概率,從體系對抗的角度來說也提高了整個體系的作戰(zhàn)效能。以發(fā)行人翼龍系列無人機(jī)系統(tǒng)、MQ-9“死神”無人機(jī)系統(tǒng)、蒼鷺TP無人機(jī)系統(tǒng)及BayraktarTB-2無人機(jī)系統(tǒng)為代表的大型固定翼長航時無人機(jī)已成為執(zhí)行全球軍用火力打擊任務(wù)的主要無人機(jī)機(jī)型,充分體現(xiàn)了大型固定翼長航時無人機(jī)作戰(zhàn)模式的高效性與精準(zhǔn)性。

③反潛巡邏領(lǐng)域

自潛艇問世以來,反潛戰(zhàn)便成為各國海軍面臨的難題,反潛時由于海洋面積大、搜索范圍廣、反潛裝備昂貴以及潛艇隱身性能不斷提升、水下續(xù)航能力增強(qiáng)、武器殺傷力升級等因素,潛艇對海上作戰(zhàn)平臺和岸上重要軍事、經(jīng)濟(jì)設(shè)施造成的威脅持續(xù)增長,未來反潛作戰(zhàn)迫切需要在更遠(yuǎn)距離、更廣范圍、更長時間內(nèi),以更低的成本來探測、定位、跟蹤及攻擊潛艇。

大型固定翼長航時無人機(jī)系統(tǒng)可加裝探潛裝備及攻潛武器,對潛艇等水下目標(biāo)實(shí)施搜索和攻擊,同時亦可靈活安排集群或與其他系統(tǒng)的協(xié)同作戰(zhàn)、自主作戰(zhàn)、搜攻一體等多樣化作戰(zhàn)方式,大型固定翼無人機(jī)系統(tǒng)反潛目前已成為各軍事大國在反潛裝備領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。目前,以通用原子生產(chǎn)的MQ-9B海上衛(wèi)士(SeaGuardian)為代表的大型固定翼長航時無人機(jī)系統(tǒng)已在反潛作戰(zhàn)中得到應(yīng)用。大型固定翼長航時反潛無人機(jī)系統(tǒng)因其特有的優(yōu)勢,必將在反潛戰(zhàn)態(tài)勢感知和對潛直接作戰(zhàn)中發(fā)揮不可或缺的作用,成為構(gòu)建未來有人/無人多系統(tǒng)協(xié)同反潛作戰(zhàn)體系的重要組成部分。民用無人機(jī)行業(yè)發(fā)展情況和未來發(fā)展趨勢

全球民用無人機(jī)行業(yè)發(fā)展情況

近年來,全球民用無人機(jī)市場實(shí)現(xiàn)了快速增長,根據(jù)Frost&Sullivan預(yù)計,全球民用無人機(jī)市場規(guī)模將從2015年的214.50億元人民幣增長至2019年的657.38億元人民幣。從類型構(gòu)成看,過去幾年消費(fèi)無人機(jī)一直占據(jù)民用無人機(jī)的較大市場空間,但隨著無人機(jī)在工業(yè)應(yīng)用場景的拓展,未來工業(yè)無人機(jī)將成為民用無人機(jī)的發(fā)展熱點(diǎn),市場規(guī)模將快速增長。根據(jù)Frost&Sullivan預(yù)測,到2024年,全球民用無人機(jī)市場規(guī)模將增長至4,157.27億元人民幣,2015年-2024年年復(fù)合增長率將達(dá)43.03%。此外,工業(yè)無人機(jī)增速預(yù)計明顯超過消費(fèi)無人機(jī)并逐步成為民用無人機(jī)市場的主要組成部分。預(yù)計至2024年工業(yè)無人機(jī)市場規(guī)模將達(dá)到3,208.20億元,占全球民用無人機(jī)市場規(guī)模比例由2015年的25%上升至約77%,2015年-2024年年均復(fù)合增長率達(dá)57.55%。

技術(shù)前沿:無人機(jī)——應(yīng)用最廣的自動駕駛

中國民用無人機(jī)行業(yè)發(fā)展情況

近年來,受益于行業(yè)發(fā)展及國家政策的大力支持,中國民用無人機(jī)取得了高速發(fā)展,逐漸成為全球無人機(jī)行業(yè)重要的板塊之一。根據(jù)《無人機(jī)》雜志數(shù)據(jù),截至2020年,我國民用無人機(jī)注冊數(shù)量共52.36萬架,2020年無人機(jī)經(jīng)營性飛行活動159.4萬飛行小時,同比增長36.4%。2015年-2019年,中國無人機(jī)市場規(guī)模從155.51億元增長到435.12億元,根據(jù)Frost&Sullivan預(yù)測,2024年中國民用無人機(jī)市場規(guī)模將達(dá)到2,075.59億元。隨著應(yīng)用場景的不斷拓展,工業(yè)無人機(jī)實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展,預(yù)計到2021年中國工業(yè)無人機(jī)市場規(guī)模將首次超過消費(fèi)級無人機(jī),成為民用無人機(jī)細(xì)分領(lǐng)域的主要市場。到2024年我國工業(yè)無人機(jī)市場規(guī)模將增長至1,507.85億元,占中國民用無人機(jī)市場規(guī)模比例由2015年的19%上升至約73%,2015年-2024年年均復(fù)合增長率達(dá)54.52%。

技術(shù)前沿:無人機(jī)——應(yīng)用最廣的自動駕駛

消費(fèi)級無人機(jī)側(cè)重性價比和用戶使用體驗,主要集中于愛好航拍、攝像等娛樂活動的消費(fèi)者。而工業(yè)級無人機(jī)則主要服務(wù)企業(yè)、政府部門等用戶,用以輔助人工進(jìn)行重復(fù)性高、勞力密集型工作或者直接替代人工進(jìn)行危險、人工難以涉足的工作。工業(yè)無人機(jī)的應(yīng)用場景不斷擴(kuò)展,目前主要集中于應(yīng)急產(chǎn)業(yè)、測繪與地理信息、農(nóng)林植保、安防監(jiān)控等領(lǐng)域。

技術(shù)前沿:無人機(jī)——應(yīng)用最廣的自動駕駛

民用無人機(jī)行業(yè)未來發(fā)展趨勢

①多任務(wù)載荷

民用無人機(jī)系統(tǒng)任務(wù)功能一般由任務(wù)載荷實(shí)現(xiàn),如搭載的任務(wù)載荷較單一,則只能完成特定的功能。隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展與無人機(jī)產(chǎn)業(yè)成熟化,工業(yè)無人機(jī)執(zhí)行的任務(wù)呈多樣化趨勢,僅搭載普通小型攝像頭等任務(wù)載荷無法滿足其在測繪、巡檢、農(nóng)林植保的任務(wù)執(zhí)行能力。其次,無人機(jī)的任務(wù)載荷重量更是影響續(xù)航時長的重要因素之一。如何將多種載荷與無人機(jī)更好地集成,以更經(jīng)濟(jì)的平臺來執(zhí)行任務(wù)是行業(yè)研究的主要方向。

②任務(wù)載荷小型化

內(nèi)部空間狹小是民用無人機(jī)的突出特點(diǎn)之一。但是隨著無人機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展,為執(zhí)行多樣化任務(wù),需要安裝的載荷也越來越多,這樣就導(dǎo)致了在無人機(jī)空間不變的情況下,載荷需要做到越來越小。未來,隨著無人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展,任務(wù)載荷制造技術(shù)和工藝的不斷提高,新型材料的不斷推出,無人機(jī)任務(wù)載荷實(shí)現(xiàn)小型化將成為民用無人機(jī)領(lǐng)域重要發(fā)展趨勢之一。

③智能自主化

與軍用無人機(jī)類似,大型工業(yè)無人機(jī)常常應(yīng)用于應(yīng)急通信、氣象探測等環(huán)境惡劣、復(fù)雜的工作場景,應(yīng)用于包括海洋、山地、林地等多樣化地形,人工操控稍有延遲可能發(fā)生撞機(jī)等危險事件。此外,國家對無人機(jī)的飛行安全等問題日益關(guān)注,因此對無人機(jī)的飛行動態(tài),包括飛行軌跡、高度、速度等信息的追蹤十分重要。自主智能化將提高無人機(jī)的運(yùn)行效率,進(jìn)一步提高無人機(jī)運(yùn)行安全性能,是未來大型工業(yè)無人機(jī)的重要發(fā)展方向之一。

④管理規(guī)范化

目前,我國工業(yè)無人機(jī)管理體系正在逐步建立完善過程中,工信部、民航局等主管部門正逐步推出飛行標(biāo)準(zhǔn)管理、航空器適航審定管理、市場運(yùn)營管理等相關(guān)法律法規(guī),包括民用無人駕駛航空試驗區(qū)制度等在內(nèi)的探索性規(guī)范已初步建立。同時,參考有人機(jī)通航公司的模式,大型無人機(jī)的運(yùn)營模式可能由目前無人機(jī)研制企業(yè)直接提供服務(wù)的縱向整合模式,轉(zhuǎn)向由專業(yè)大型無人機(jī)運(yùn)營公司提供服務(wù),無人機(jī)研制企業(yè)為運(yùn)營公司提供技術(shù)保障的產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)作模式。未來,我國工業(yè)無人機(jī)管理體系必將向完善規(guī)范方向發(fā)展,通航等產(chǎn)業(yè)鏈上下游發(fā)展模式亦將更加成熟。

民用大型固定翼長航時無人機(jī)發(fā)展概況

大型固定翼長航時無人機(jī)系統(tǒng),目前民用領(lǐng)域主要集中于人工影響天氣、應(yīng)急產(chǎn)業(yè)和氣象監(jiān)測等。

①人工影響天氣領(lǐng)域

人工影響天氣指為避免或減輕氣象災(zāi)害,合理利用氣候資源,在適當(dāng)條件下通過科技手段對局部大氣的物理過程進(jìn)行人為影響,實(shí)現(xiàn)增雨(雪)、防雹、消雨、消霧、防霜等目的的活動?!秶鴦?wù)院辦公廳關(guān)于推進(jìn)人工影響天氣工作高質(zhì)量發(fā)展的意見》提出要探索大型無人機(jī)等人工影響天氣作業(yè)新方式、新手段,預(yù)計2025年人工增雨(雪)作業(yè)影響面積達(dá)到550萬平方公里以上。大型固定翼長航時無人機(jī)系統(tǒng)具備飛行航程大、任務(wù)載荷載重大、實(shí)用升限高等特征,能夠穿越復(fù)雜地形、實(shí)現(xiàn)防除冰并加裝人工影響天氣任務(wù)載荷,未來有望成為人工影響天氣的重要空中作業(yè)工具,有較為廣闊的市場需求。

②應(yīng)急產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域

應(yīng)急產(chǎn)業(yè)是為突發(fā)事件預(yù)防與應(yīng)急準(zhǔn)備、監(jiān)測與預(yù)警、處置與救援提供專用產(chǎn)品和服務(wù)的產(chǎn)業(yè)。近年來,我國應(yīng)急產(chǎn)業(yè)快速興起并不斷發(fā)展,在突發(fā)事件應(yīng)對中發(fā)揮了重要作用。根據(jù)應(yīng)急管理部發(fā)布的2019年全國自然災(zāi)害基本情況顯示,2019年各種自然災(zāi)害共造成1.3億人次受災(zāi),909人死亡失蹤,528.6萬人次緊急轉(zhuǎn)移安置,造成直接經(jīng)濟(jì)損失3,270.90億元人民幣。面對極端氣候及災(zāi)害情況,無人機(jī)可迅速應(yīng)對應(yīng)急場景下的救災(zāi)需求,可快速到達(dá)受災(zāi)現(xiàn)場,在空中飛行的優(yōu)勢可以有效規(guī)避地面的災(zāi)情,降低搶險救災(zāi)人員的傷亡率。根據(jù)Frost&Sullivan的報告,2019年中國工業(yè)無人機(jī)在應(yīng)急產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的市場規(guī)模為6.04億元,預(yù)計到2024年其市場規(guī)模將達(dá)到80.29億元。

③氣象監(jiān)測領(lǐng)域

氣象信息是引導(dǎo)人民群眾生產(chǎn)活動的重要依據(jù),對我國農(nóng)業(yè)、工業(yè)生產(chǎn)活動有直接且重要的影響。我國是世界上受熱帶氣旋影響最為嚴(yán)重的國家之一,我國平均每年登陸臺風(fēng)7-8個,給我國帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重人員傷亡,平均每次超強(qiáng)臺風(fēng)將為我國造成直接經(jīng)濟(jì)損失約51.07億元,受災(zāi)人口約1,062.77萬人。

盡管我國臺風(fēng)預(yù)報水平近年來隨著衛(wèi)星及數(shù)值預(yù)報技術(shù)發(fā)展穩(wěn)步提高,但海上觀測資料的匱乏以及無法對氣旋內(nèi)部進(jìn)行直接檢測限制了對臺風(fēng)生成機(jī)理的研究和預(yù)報技術(shù)的提升。利用無人機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行臺風(fēng)等氣象監(jiān)測具備作業(yè)成本低、作業(yè)安全性強(qiáng)、工作效率穩(wěn)定、機(jī)動靈活性強(qiáng)等多種優(yōu)良特性,可為相關(guān)部門確定臺風(fēng)中心位置提供參考依據(jù),有利于進(jìn)一步提高臺風(fēng)路徑和強(qiáng)度預(yù)報準(zhǔn)確率,對筑牢氣象防災(zāi)減災(zāi)第一道防線具有重要意義。無人機(jī)探測作為衛(wèi)星、雷達(dá)和氣象業(yè)務(wù)觀測網(wǎng)的重要補(bǔ)充,將在臺風(fēng)觀測研究和數(shù)值模式發(fā)展及防災(zāi)減災(zāi)中發(fā)揮更大的作用。

④其他應(yīng)用領(lǐng)域

除上述應(yīng)用領(lǐng)域外,由于大型固定翼長航時無人機(jī)系統(tǒng)具有最大起飛重量高、可搭載多種任務(wù)載荷、機(jī)動靈活性較強(qiáng)等特征,民用大型固定翼長航時無人機(jī)亦在消防救災(zāi)、邊境巡檢等領(lǐng)域有較大市場應(yīng)用空間。在消防救災(zāi)領(lǐng)域,無人機(jī)在復(fù)雜地形下可做到無視地形環(huán)境靈活機(jī)動偵察,在提高偵察和救援效率同時亦可避免人員傷亡,是未來信息化及高效率消防救災(zāi)的重要發(fā)展方向之一。在邊境巡檢領(lǐng)域,我國幅員遼闊,邊境線與海岸線極長,周邊局勢復(fù)雜,國防與邊境安全面臨著較大的壓力。大型固定翼長航時無人機(jī)具備偵察面積廣、偵察時間長、信息獲取精確等特征,可應(yīng)對復(fù)雜偵察與監(jiān)視任務(wù)需求,可通過信息化方式進(jìn)一步減輕邊境巡檢壓力。

國內(nèi)主要生產(chǎn)廠商

  1. 航天彩虹

航天彩虹系中國航天科技集團(tuán)有限公司下屬的從事無人機(jī)業(yè)務(wù)及新材料業(yè)務(wù)的上市公司。上市公司及其下屬的彩虹公司與神飛公司主要從事中大型無人機(jī)及相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)、制造、試驗、銷售及服務(wù)等,產(chǎn)品主要為“彩虹”系列無人機(jī)。航天彩虹是公司目前的主要競爭對手之一。

  1. 騰盾股份

騰盾股份主要從事以無人飛行器為代表的智能裝備研發(fā)、制造,銷售和運(yùn)營服務(wù)業(yè)務(wù),其產(chǎn)品主要為“雙尾蝎”、“撲天雕”等系列無人機(jī),是公司的主要競爭對手之一。

  1. 天宇長鷹

天宇長鷹主要從事無人機(jī)系統(tǒng)及相關(guān)配套系統(tǒng)的研發(fā)、制造、銷售及服務(wù)業(yè)務(wù),其承接了北京航空航天大學(xué)無人機(jī)所的主要資源,產(chǎn)品主要為“長鷹”系列無人機(jī)。天宇長鷹原為上市公司長鷹信質(zhì)的控股子公司,長鷹信質(zhì)已于2020年12月將所持天宇長鷹股權(quán)轉(zhuǎn)讓給臺州市優(yōu)化升級投資合伙企業(yè)(有限合伙)等受讓方。

  1. 海鷹航空

海鷹航空系中國航天科工飛航技術(shù)研究院控股子公司,是中國航天科工集團(tuán)有限公司唯一的無人機(jī)總體單位和無人機(jī)產(chǎn)業(yè)平臺,重點(diǎn)負(fù)責(zé)無人機(jī)預(yù)研創(chuàng)新以及無人機(jī)產(chǎn)品研制、生產(chǎn)、試驗和服務(wù)等業(yè)務(wù)。海鷹航空主營業(yè)務(wù)為軍用無人機(jī)、靶機(jī)、民用無人機(jī)以及無人機(jī)商業(yè)運(yùn)營服務(wù),專注于高空高速、察打一體、飛翼布局等高端無人機(jī)研制與應(yīng)用方面。

國外主要生產(chǎn)廠商

  1. 通用原子

通用原子成立于1955年,總部位于美國加利福尼亞州,主要從事無人機(jī)偵察機(jī)、“捕食者”系列無人機(jī)系統(tǒng)以及機(jī)載傳感器的研發(fā)、生產(chǎn)及銷售業(yè)務(wù)。其無人機(jī)產(chǎn)品主要包括MQ-9A、MQ-9B、Avenger、GrayEagleER無人機(jī)系統(tǒng)等。

  1. 諾格公司

諾斯羅普·格魯曼公司總部位于美國維吉尼亞州,是全球性的航空航天、國防與安全公司,主要為美國政府提供軍用裝備業(yè)務(wù)。諾斯羅普·格魯曼公司無人機(jī)產(chǎn)品主要為大型固定翼偵察無人機(jī)MQ-4C及全球鷹無人機(jī)系統(tǒng)。

  1. 以色列航空工業(yè)集團(tuán)(IsraelAerospaceIndustriesLtd.)

以色列航空工業(yè)集團(tuán)系以色列國有企業(yè),主要負(fù)責(zé)以色列國防系統(tǒng)與出口產(chǎn)品的生產(chǎn)。其主要無人機(jī)產(chǎn)品為大型高空長航時無人偵察機(jī)蒼鷺TP無人機(jī)及中空長航時無人機(jī)系統(tǒng)蒼鷺無人機(jī)。

  1. 土耳其航空工業(yè)集團(tuán)(TurkishAerospaceIndustries)

土耳其航空工業(yè)集團(tuán)系土耳其國有企業(yè),主要負(fù)責(zé)飛機(jī)、直升機(jī)、無人機(jī)及航天系統(tǒng)等的研制生產(chǎn)。其主要無人機(jī)產(chǎn)品為安卡(ANKA)中空長航時偵察無人機(jī)以及阿克蘇古爾(ANKA-AKSUNGUR)察打一體中空長航時無人機(jī)系統(tǒng)。

  1. BaykarMakina公司

BaykarMakina公司為土耳其的私營無人機(jī)制造商,其主要的無人機(jī)產(chǎn)品包括BayraktarTB-2中型察打一體無人機(jī)及BayraktarAKINCISystem大型察打一體無人機(jī)等。

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