无人机（jī）已经走过了（le）一个世纪（jì）的发（fā）展历（lì）程，民用无人机迅猛发展

在最近一段时（shí）间的新冠肺炎（yán）疫情防控工作中，无人机发（fā）挥了许多作用，受到人们的（de）广泛关注。

无（wú）人机（jī）是无人驾驶飞机（jī）的简称(英（yīng）语简称UAV)，个头可大可小。从最初的雏（chú）形诞生至（zhì）今（jīn），无人机已经走过了一个世纪的发展历程，但无（wú）人机真正（zhèng）走进我们的生活，在（zài）娱乐（lè）、环保、交通等领域大展（zhǎn）身（shēn）手（shǒu），不过（guò）是最近十年的（de）事（shì）。

1.百（bǎi）年前先驱（qū）探索

19世纪，无线电（diàn）的发现（xiàn）和运用给人们远距（jù）离控制机器的（de）运行创造（zào）了可能。1898年（nián），物（wù）理学家特（tè）斯拉向人们（men）展示了通过（guò）无线电遥控一条模（mó）型船的（de）航行，从而首次（cì）实现了遥控（kòng）技术的（de）应用。当飞机被人们发明（míng）出来并在第一次世界（jiè）大（dà）战中得（dé）到应用（yòng）后，发明（míng）家们开始尝试将（jiāng）遥控技术（shù）与飞（fēi）机结合，制成一种无须飞（fēi）行（háng）员（yuán）亲自驾驶的飞（fēi）机。

早在1909年，美国（guó）工程师就发明了（le）一种名叫“陀螺仪”的（de）装置，可以测定飞机的飞行方（fāng）向及机身正（zhèng）以什（shí）么样的姿势在空中飞（fēi）行（háng）。这种（zhǒng）装置是现代飞机自动（dòng）控制和惯性导（dǎo）航系统的核心组成（chéng）部分（fèn）。这种（zhǒng）装置出现后，美国海军对此很感兴趣，希（xī）望以（yǐ）此为基（jī）础研究一种不需要飞行（háng）员驾（jià）驶的飞行（háng）器。当时，美（měi）国海军将（jiāng）其称之为（wéi）“飞行鱼雷”。为了提（tí）高飞行鱼雷的（de）导（dǎo）航精度（dù），美国西部电器公司（sī）还为（wéi）它（tā）开（kāi）发了（le）专用的无线（xiàn）电导航系统。飞行鱼雷（léi）是（shì）无人机最早（zǎo）的（de）雏形之一，而惯性导航与无线电控制技术，至今仍然是（shì）遥控无人（rén）机的（de）核心技术。

1917年，英（yīng）国皇家飞（fēi）行队的（de）罗上尉制造（zào）了（le）一（yī）架遥控飞机。这是一架木制结构的飞机，通（tōng）过安装（zhuāng）在卡车上的弹（dàn）射装置起飞。罗上尉本（běn）希望可以通过遥控的方式，让飞（fēi）机（jī）平稳飞行一段时间（jiān），但在实（shí）际的飞行表（biǎo）演中（zhōng），飞机（jī）刚刚起飞（fēi）就失控（kòng）了（le），仅仅（jǐn）飞行了一（yī）小（xiǎo）段距离便坠落到了地上。虽然试验遭（zāo）遇失败，但由于飞机在飞行过程中的确响应了罗（luó）上（shàng）尉通过无（wú）线（xiàn）电发（fā）出的控（kòng）制信号，因此这次（cì）试飞仍然被视（shì）为是无人机技（jì）术的发端（duān）。

2.战场上初（chū）露锋芒

飞（fēi）行员在（zài）进入战（zhàn）场作战前，需要像使用枪支的射手（shǒu）射击靶子一样，在训练中实际（jì）攻击（jī）天空中的靶机，来提升自己的作战技能。地面的高（gāo）炮防（fáng）空部队（duì）也需要（yào）用靶机（jī）进行训（xùn）练。在两次世界大战期间，美国、英国和德国都开始了将无人机（jī）作为靶机的尝试。美国军方还发现，无人机有可能方便快捷地在战场（chǎng）上传递信息，代（dài）替当时还广泛使用的传令（lìng）兵，并在之前飞行鱼雷的基础上研发了“信（xìn）使”无人机。

1941年，美国海军萌生了（le）使用无人（rén）机攻击敌人（rén）空中和地（dì）上目标的想（xiǎng）法（fǎ），研发了TDN-1和TDR-1型无人攻击机。1944年9月（yuè）至10月间，这两种无人机在太平洋战（zhàn）争中（zhōng）小试牛（niú）刀（dāo），攻击（jī）了日军的（de）堡（bǎo）垒和火炮阵地等（děng）目标，取得了一定战果（guǒ）。

二战结束（shù）后（hòu），无人（rén）机开始投入战场侦察工作。世界上（shàng）第一种实用型的无人侦（zhēn）察机是（shì）无线电控制的美国AN/USD-1战场（chǎng）无人监视（shì）机。这种飞机装（zhuāng）备有（yǒu）一台可以在白天工作的光学照相机和一台在（zài）夜（yè）间工作的红外（wài）照（zhào）相机，通（tōng）过火箭助推器起飞，完成任务（wù）后释（shì）放降落伞降落。但它拍来（lái）的照片还需要复（fù）杂耗时的（de）处理和分析工作。

在冷战和越（yuè）南战争期间，美军发现无人（rén）机（jī）除了照相外（wài），还可以执行另（lìng）一（yī）种形式的搜索任务。无人机飞临敌人控制的空域后，可以诱骗敌人（rén）的防空雷（léi）达开机，获得防空雷达的信号特征。敌人的高炮（pào）、防空导弹、战（zhàn）斗机在拦截无人机的过程中，也会将（jiāng）自身（shēn）的部署情况暴露（lù）。一（yī）旦无人机被击落，因为没有（yǒu）飞行员驾驶，不会引起一系列的后续问题。在无人机第一（yī）次大规模（mó）实（shí）战应用的越南战争（zhēng）期间，美军（jun1）在战场上大量使（shǐ）用“火蜂”型无人侦察机执行这方面的（de）工作（zuò）。在此期间（jiān），还催生出了直升（shēng）机在半（bàn）空（kōng）回（huí）收无人机的技术。

3.新科技助力指令控制

进入上（shàng）世纪（jì）80年代后，电子工业和航空（kōng）工业（yè）的发展为无人（rén）机发展带来了新（xīn）的（de）契机。此时（shí），军用无人机（jī）的飞行控制（zhì）技术出现了两（liǎng）大分（fèn）支，自动飞（fēi）行（háng）控（kòng）制系统和指（zhǐ）令控（kòng）制系统。

自动飞行控制系统需要在无人机起飞（fēi）前将本次飞行的（de）路（lù）径、高度和侦察（chá）目标等信息设定好（hǎo），无人机依（yī）靠这些信息自己完（wán）成飞行任务。这种模式虽然看起（qǐ）来比较简（jiǎn）单，但一旦（dàn）目标（biāo）位置（zhì）出现了变化（huà），提前设定的飞行路（lù）线就得不到需要的信息了。而（ér）指（zhǐ）令控（kòng）制模式（shì），将飞（fēi）行（háng）员的位置由飞机上搬到了地面站的控制室中。得（dé）益（yì）于视频图像技术的发展，无人（rén）机可以通过无线电信号实时将侦察图像信息传回（huí）控制室（shì），而控制员可以根（gēn）据（jù）画（huà）面实时操控无人机（jī）飞行，根据瞬息（xī）万变的战场（chǎng）形势控制无人机飞行。上世纪80年代以后，指令控制技术逐（zhú）渐（jiàn）成为军用无人机（jī）飞行控制系统的主流。

此外，卫星通信技术和GPS导航技术也给指令控制技术的应（yīng）用（yòng）带来了帮助。在应用卫星通（tōng）信前，无人（rén）机的（de）飞行距离受到控制信号传（chuán）输和山川（chuān）阻挡等因素的（de）限制。应用卫星通（tōng）信技术后（hòu），地（dì）面控制站可以将控制信号上传至太空中的通信卫星，由卫星（xīng）中继放大（dà）后发送到无人机接收天（tiān）线（xiàn）上，从而突破了地面障碍物和地平线的限制。GPS导（dǎo）航技术，可以让控制人员更准确地获取无（wú）人机的位置，同时，在控制信号因为干扰中断时，无人机可以使用GPS导（dǎo）航自主返航回（huí）收。

4.现（xiàn）代战争中代替侦察兵

在上世纪90年代初的海湾战（zhàn）争和（hé）21世（shì）纪（jì）初的伊拉克战争中，无人机得（dé）到全方位的应用。两种美（měi）军（jun1）现役的“明（míng）星无人机”——“捕食者”和“全球鹰（yīng）”也（yě）在（zài）此期间开始应用。

“捕食者”无（wú）人机源自于之前研发的“蚊”-750II型远程无人机，正式（shì）型号（hào）为RQ-1，该（gāi）机是一种长航（háng）时（shí）无（wú）人（rén）机，采用涡轮增压的螺旋桨（jiǎng）发动机作（zuò）为（wéi）动力。最大（dà）续航时间60小时，可在目（mù）标上空飞行24小时。侦察（chá）型的“捕食者”配有光电/红外（wài）侦察设备，在白（bái）天和夜（yè）间均能执行侦察任务。在“捕（bǔ）食者”上（shàng），还装（zhuāng）备有（yǒu）一种被称（chēng）作“合成孔径雷达”的（de）新装备。这种装备可以通过（guò）发射无线电信（xìn）号（hào）并接收大地或目（mù）标反射信号的方（fāng）式，绘制出目标的（de）高分辨率图像。即便（biàn）在有云层或雾气遮挡的情况下，这种雷达依旧可以（yǐ）返回（huí）与相机照片（piàn）类（lèi）似的（de）图（tú）像（xiàng）。从（cóng）2000年起，美军开始对“捕食者”进行改进，使它（tā）具备了使用武器（qì）对敌人进行攻击（jī）的能力。通过在无人机头（tóu）部安装用于指引（yǐn）导弹打击目标的（de）激（jī）光指示器，“捕食者”可以发（fā）射用来打击坦克、装甲车等目标的（de）“地（dì）狱（yù）火”导弹（dàn）。2006年，攻击型“捕食者”的升级版MQ-9“死神”无人攻击机问（wèn）世，这种无人机（jī）体积更（gèng）大、性能更强（qiáng），还能发射激光制导炸弹等武器。

“全球鹰”是（shì）一种无人侦察机。和“捕食者”一样，“全球鹰”也具备使（shǐ）用合成（chéng）孔径雷达等多个（gè）频（pín）段的侦（zhēn）察设备获（huò）取（qǔ）战场信（xìn）息的能力，可（kě）以执行对陆（lù）地（dì）目（mù）标（biāo）和海上目标的（de）侦察任务。由于使用了（le）喷气式发动机（jī）作为动力，“全球鹰”有着比“捕食者”更高的飞行速度。美（měi）军本来也（yě）打算将“全（quán）球鹰（yīng）”无人（rén）侦察机（jī）改装成攻击型无（wú）人机，但由（yóu）于“全球（qiú）鹰”的飞行高（gāo）度较高，用来执行对（duì）地攻击任务并不（bú）十分（fèn）合适，因（yīn）此放弃了这一想法。

除了“全（quán）球鹰（yīng）”和“捕食者”这类大型无人机（jī）外（wài），美（měi）军还研发（fā）了（le）小型化的无人机，如RQ-11“大乌鸦”和“龙眼”无人（rén）机。由于这些无人机体积轻（qīng）巧、便于携（xié）带，基（jī）层部队可以在日常巡（xún）逻中将无（wú）人机（jī）随身（shēn）携带，一旦遇到战斗情况，可以就地将无人机放（fàng）飞，提供侦察支援，灵活（huó）性大大提高，特别适合反恐作战。

5.民用无人机迅猛发（fā）展（zhǎn）

虽然无人机技术的发展源于军事（shì）需求，但目前大（dà）家最熟悉的无（wú）人（rén）机，还是那（nà）种有着多个旋翼，可以灵活地在（zài）空中运动或（huò）悬（xuán）停，进行航（háng）拍活动的多旋翼无（wú）人机。这种无人机是自21世纪以来迅猛（měng）发展的（de）民用无人（rén）机的典型代表。

在多旋翼（yì）无人机中，四旋翼（yì）无（wú）人机是最常见的一种无人机类（lèi）型（xíng）。它和直升飞机一样，是通过与机（jī）身平行的（de）螺旋（xuán）桨桨叶（yè）产生的升力垂直起（qǐ）飞，既无（wú）需（xū）机翼（yì），又不用设（shè）置跑（pǎo）道来起（qǐ）飞降落，因而体积（jī）小巧、使（shǐ）用方便。而和直（zhí）升机这（zhè）样的（de）单旋（xuán）翼飞行器相比，多旋（xuán）翼飞行器的螺旋桨无需设置复杂的（de）机械传动装置（zhì），也不需要尾桨来抵消主螺旋桨带来的旋转，因（yīn）此多旋（xuán）翼（yì）无人（rén）机（jī）不但具（jù）备理想的可靠性，还可以将（jiāng）制造成本控制得（dé）比较低，能够以一般消费者能承受的价格销售。更重（chóng）要的是，在内部控制（zhì）程（chéng）序的（de）配合（hé）下，多旋（xuán）翼无（wú）人机的操控相当简单，非专业飞行人员短时（shí）间内（nèi）就能掌握基本的操（cāo）作方（fāng）法，像玩电子游戏一样操控（kòng）无人（rén）机（jī）的飞行，为无人（rén）机（jī）的普（pǔ）及扫除了障碍。

多旋翼（yì）民用无人机能够迅速兴起的另（lìng）外一（yī）个（gè）关键（jiàn）设备，是以GoPro为代表的运（yùn）动相机（jī）。运动相机（jī）可以获得比一般相机（jī）更加宽广（guǎng）的视野，拍摄高清晰度（dù）的（de）照（zhào）片或视频，体积重量还十分小巧（qiǎo），特别（bié）适合安装在无（wú）人（rén）机上，获得从天空或（huò）高（gāo）处向下的视角（jiǎo）。无（wú）人机（jī）操控手们不但可以在飞行过程中实时享受无（wú）人机带来的视（shì）觉体验，拍摄的（de）高清（qīng）照片、视频（pín）等还可以进行（háng）丰富（fù）的后期处理，得到更炫酷的视觉效（xiào）果。在无（wú）人机出现之前，进行航拍需要租用（yòng）有飞（fēi）行员驾驶（shǐ）的飞（fēi）机，不但过程相当繁杂，飞机租（zū）用价格也绝非（fēi）一（yī）般（bān）人可以承担（dān）。而在无（wú）人机出（chū）现之后（hòu），个人就可以进行（háng）日常的业余航拍（pāi）活动。在运动会等（děng）大型活动现场，无（wú）人机也（yě）已（yǐ）经成了必备的（de）拍摄（shè）工具。

进入（rù）21世（shì）纪后，由于基础技术的发（fā）展，民用（yòng）无人机的各个（gè）组成（chéng）部分性能越来越强（qiáng）、重量越（yuè）来越轻，成本也越来越（yuè）低，给无（wú）人机的普及创造了（le）条件。目前，无人机（jī）搭载（zǎi）的高性能（néng）FPGA芯片，可以实现双（shuāng）CPU的功能，处理各种传感器传来的无人（rén）机状态信息，控制无人机（jī）的高效飞（fēi）行（háng）。Wifi技术的发（fā）展（zhǎn）让手机上网更方便（biàn），也给民用无人机的信（xìn）号传输提供了（le）一种简单有（yǒu）效的实现方式，可以在（zài）一定距离内传输（shū）控制和影像（xiàng）信号。在续航方面，由（yóu）于锂电池技术的发（fā）展，用一块重量（liàng）不大的电池就可（kě）以让无人机在天（tiān）空中（zhōng）飞行一段时间。

除了四旋翼无（wú）人机外，固定翼无（wú）人机也在（zài）民用领域得到了广泛的应用。与四旋翼无人（rén）机或多旋翼无人机相比，固定翼无人机的（de）续航时（shí）间（jiān）更长，飞行高度（dù）更高、活（huó）动范围更大，采用更加可靠的控制系统（tǒng）和信号传输系统（tǒng），因此比四旋翼无人机更适合专业（yè）生产（chǎn）领域的应（yīng）用。

6.无人机越来越“万能”

除了（le）娱乐航拍的（de）功能外，民用无人机还有（yǒu）多种多样的本领（lǐng）。大城（chéng）市道路大多拥堵严重，在（zài）发生交通事故时（shí），无人（rén）机可快速（sù）低空（kōng）飞抵事故现（xiàn）场，第一时（shí）间进行执（zhí）法拍摄取证。它传回的（de）图像还能让交通部门更好地（dì）疏导拥堵的交通，从而更快到达现（xiàn）场进行（háng）事（shì）故救援工作。

遇到犯罪分子驾（jià）车（chē）逃窜时，无人机可以在空中跟踪罪（zuì）犯的（de）踪（zōng）迹，引导警（jǐng）察实施抓捕。

在高（gāo）层建（jiàn）筑发生火灾时（shí），消防员可以释放无人机（jī）航拍，快速获取火灾蔓延情况和（hé）被困人员位置，准（zhǔn）确部署灭火力（lì）量。

当洪水发生时，无人机可携带救生绳或救生圈（quān），并将其投送到需（xū）要者身边。

对位（wèi）于偏远地区的输电线路和石油管道，可（kě）以让无人机进行（háng）线路巡（xún）检（jiǎn）的工作。无人机（jī）出动一次就可以巡检（jiǎn）几十（shí）甚至（zhì）上（shàng）百公里（lǐ）的（de）线路，减（jiǎn）轻了工人（rén）的工作负担。

未来，在网购（gòu）之（zhī）后，人（rén）们还可能收到无人机送来的快递包裹。快递企业计划用四旋（xuán）翼（yì）或（huò）八（bā）旋翼无人机（jī），在10公里的范围内（nèi）派送重（chóng）量（liàng）不超过10公（gōng）斤的包裹。无人（rén）机（jī）不（bú）会取（qǔ）代快递小哥们的工（gōng）作，而是会专（zhuān）注于紧急（jí）快件和偏（piān）远地区（qū）快件的派送，提高配送效率，减少人力（lì）、运（yùn）力（lì）成本。目前，国外的亚（yà）马逊、DHL和国内的顺丰、京东等快递物流企业（yè），都在开展无人机配送快（kuài）递的尝试。德国DHL公司已经开始使用无人机（jī），为（wéi）居住在（zài）偏远海岛上的人们送（sòng）去药品等必需物资。亚马逊推出的PrimeAir服务，可以（yǐ）将包裹在30分钟（zhōng）内送交客户。美国邮政还（hái）研制出了（le）一（yī）种（zhǒng）电动邮政汽车和无人机结合（hé）的派（pài）送模（mó）式，由司机驾驶（shǐ）电动邮车到达社区，再由无人机从邮车上（shàng）自动取走（zǒu）包裹、送交（jiāo）住户（hù）。2017年，中科院工（gōng）热（rè）所还成功研（yán）制了世（shì）界（jiè）上第一种大型货运无人机。这（zhè）种无人机可以在极短的跑道上起飞（fēi）降（jiàng）落，一次可以（yǐ）运输重达1.5吨的货物，特别适合（hé）将一批快递包（bāo）裹集中运到偏远的（de）乡镇（zhèn）和村庄，使那里的人们也能享受网购带（dài）来的便利（lì）。2018年，中（zhōng）国邮（yóu）政在（zài）浙江安吉山村地区开通（tōng）了（le）第一条无人机配送（sòng）航线，试点偏远地区配送服务。

炫彩世界

无人机集（jí）群不仅是（shì）“表演”

这些（xiē）年（nián），我们经常能（néng）够看到无人机编（biān）队表演的新闻报道（dào）。成百上千架无人机，在夜（yè）色中通过自身携带的彩色（sè）灯光（guāng）设备，组成（chéng）各种各样的（de）美丽（lì）图（tú）案（àn），甚至还能随着音乐节（jiē）奏的变化翩翩起舞。这种奇（qí）观的出现（xiàn），得益于无（wú）人机集群技（jì）术的发展。

实际上（shàng），早（zǎo）在（zài）这种表演（yǎn）为人（rén）所知之（zhī）前，无人（rén）机（jī）集群（qún）技（jì）术（shù）在军事领域就已经得到（dào）了发展与应用。2000年，美国国（guó）防部的高（gāo）级计划（huá）局就启（qǐ）动（dòng）了有关研究项目，通过借鉴蚂蚁的群体组织方法，研究多架无人机在空（kōng）中协同发现目标的技（jì）术。经过近二十年的（de）发展（zhǎn），无人机集群技（jì）术已经日臻成熟。在执行任（rèn）务（wù）的过程中，集群中的无人机要组织好自己（jǐ）的队形，在完（wán）成任（rèn）务的同时避免发生碰撞。同时，无人机（jī）之间还要分享所处位置态势的（de）感（gǎn）知，一（yī）架无人（rén）机所观察到的情况可以（yǐ）被所有无人机掌握。这样，大量无人（rén）机可（kě）以（yǐ）在（zài）单一（yī）操作（zuò）员的指挥下，完成（chéng）一架无人机（jī）所（suǒ）不（bú）可能完成（chéng）的各种任（rèn）务。

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