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浅谈多旋翼无人机任务系统的优秀论文
前言： 随着无人机产品的不断增加，市场之间的竞争力，也逐渐的提升，对此本项目研究出了更适合于工业控制、自动化装备等领域产品的多旋翼无人机，产品不仅定位合理，同时与其他产品存在一定的差异，该任务系统，是指先进智能装备数据链的无人多旋翼任务，存在较高的能量利用效率、载荷运输性能，是其它无人机产品，在技术方面不能相比的;制定合理的市场规划，会给企业带来一定的经济效益。
1 多旋翼无人机定义概述
我们常称无人飞行载具，为无人飞机系统，主要是利用无线电智能遥控设备，以及自带的控制程序装置，对于不载人的飞机进行操控。其中广义的无人机，包括狭义无人机以及航模。
多旋翼飞行器，主要由动力系统、主体、控制系统组成，动力系统包括电机、动力、电子调速器、桨;主体部分包括机架、脚架、云台;控制系统包括由遥控接收器、遥控组成的手动控制;地面站，以及由主控、GPS、IMU、电子陀螺、LED显示屏组成的飞行控制器。其中四旋翼，是一种4输入6输出的欠驱动系统;通过PID、，鲁棒、模糊、非线性、自适应神经网络控制。近年来，对于系统的控制功能的研究趋势，为大荷载、自主飞行、智能传感器技术、自主控制技术、多机编队协同控制技术、微小型化等方向。其中一些关键技术为，数学模型的建立、能源供给系统、飞行控制算法、自主导航智能飞行。
2 控制系统改进发展阶段
多旋翼无人飞行器的控制系统，最初是由惯性导航系统，借助了微机电系统技术，形成了EMES惯性导航系统;经过对于EMES去噪声的研究，有效的降低了其传感器数据噪音的问题，最后经过等速度单片机、非线性系统结构的研究、应用，最终在2005年，制作出了性能相对稳定的多旋翼无人机自动控制飞行器。对其飞行器的评价，可从安全性、负载、灵活性、维护、扩展性、稳定性几方面要素进行分析。具有体积小、重量轻、噪音小、隐蔽性强、多空间平台使用、垂直起降，以及飞行高度不高、机动强、执行任务能力强的特点;在结构方面，不仅安全性高、易于拆卸维护、螺旋桨小、成本低、灵活控制的特点。
3 技术原理
系统组成
无人多旋翼任务系统，总体技术方案框图如图1所示;如图所示，无人多旋翼任务系统，由无人机、地面工作站构成。无人机，由多旋翼无人机、任务载荷组成;地面工作站，由数据链通信单元、工业控制电脑、飞行控制摇杆等组成。
系统技术原理
多旋翼无人机，通过对于螺旋桨微调的推力，实现稳定的飞行姿态控制、维持。经过上述，对于多旋翼无人机、常规直升机、固定翼飞机的对比，可以明显的看出，多旋翼无人机，在任务飞行方面，具有多能量的优势，从而更好的执行完成飞行任务，改善了飞行姿态维持，消耗大量能量的缺陷，从而更好的保证了其能量利用率，直接产生续航时间、载荷运输性能的提升;在结构方面，做了大量的简化，省去了传动机构，使其运行噪音、故障概率、维护成本大大的降低。
无人机，与地面工作站之间的通信，通过设备数据链实现连接，起到通信中介的作用，同好也是无人机、地面工作站之间，实现地空信息交换的重要桥梁环节。以往无人机，对于地空信息的转换连接，只是普通的点对点通信，收到信号传输距离的影响，性能发挥受到严重的影响，只能实现一些简单遥控数据信号的传输。
但是本项目，对于无人多旋翼任务系统的研究，是通过数据链协议MAVLink的研究后，将其合理的嵌入到控制核心、地面数据链的ARM平台中，有效的改善了以往低空信息传输环节存在的问题，将其遥测、遥信、遥控、遥调、遥视这五遥很好的进行了统一，保证了通信之间的无障碍，从根本上解决了无人机和地面工作站的数据通信问题。其中涉及到的.五遥;其中遥测，是指对于远方的电压、电流、功率、压力、温度等模拟量进行测量;其中遥信，是指对于远方的电气开关、设备，以及机械设备的工作、运行等状态进行监视;遥控，是指对于远方电气设备、电气机械化装置工作状态的控制、保护;遥调，是指对于远方所控设备的工作参数、标准流程等进行设定、调整;遥视，是指对于远方设备的安全运行状态的监视、记录。
传统的无人机，在飞行时需要通过人工对于遥控器的操作，对其飞行姿态进行的控制，体现出其自动程序的不完善，功能单调等缺陷。但是本项目对于无人机的研究，在地面工作站，通过飞行任务规划软件的配套，有效的改善了以往功能单一的缺点，直接增加了其功能性。其中飞行任务规划软件，具备GoogleMap高速API接口，实现对于无人机飞行航线，在三维地图上的简易规划，同时也能对其航线进行启动，使其实现自动巡航、执行飞行任务、返航等操作。
4 技术关键点及创新点
技术关键点：
地空信息的的数据通信。
先进智能装备数据链协议MAVLink的应用，能够对其所有数据进行有效的整合，并全部归纳在数据链路中，整合五遥操作，有效的降低了多种通信制式、通信模块存在等方面的问题，提高了通信效率，保证了通讯功能得以有效发挥。
解决飞行姿态操控问题
嵌入式操作系统，在ARM处理器平台上的应用，加上陀螺仪等传感器、卡尔曼滤波等先进算法，从而更好的保证了控制系统的功能增加，除此之外，不仅实现了无人操作飞行，在飞行操纵方面，也有效的降低了能耗，增加了能量利用率。
在工业控制领域应用的扩展
本项目以同一载具+多种载荷的建设、研究思路，针对于型号相同的多旋翼飞行器，设计一样的数据、电气、机械接口的任务载荷，实现快速更换载荷，使其飞行任务之间，能够良好、稳定的切换、衔接，保证该系统的实用性，同时也减少了任务执行的成本。
增强地面工作站功能
通过C/S架构、C#语言、.net平台、三维GoogleMap、SQL数据库，以及地面任务规划软件、分析数据分析软件，从而更好的增强地面工作站的功能，以及自动化、智能化的程度,更好的为用户操作，带来更多的便利。
项目的技术创新性
在无人机、地面站，在植入数据链MAVLink的同时，加强整体系统功能的改进，有效的实现了五遥的综合统一。
卡尔曼滤波、四元数算法，加上嵌入式ARM平台，对其飞行姿态实现有效控制。
同一载具+多种载荷思路的研究，实现了无人机，对任务执行模式的有效转换。
同时地面任务规划软件、分析数据分析软件的应用，提高了系统的控制功能，以及系统智能化程度。
5 总结
综上所述，通过对于无人多旋翼任务系统的分析，发现我国针对于此方面的研究，仍存在很多不完善的地方，该项目通过C/S架构、C#语言、先进智能装备数据链、分析数据分析软件等，照比以往的无人机飞行器，在系统功能改进方面，实现了遥测、遥信、遥控、遥调、遥视的统一;在任务执行模式方面，实现了灵活转换;在飞行姿态方面，实现了智能操控;是在已有多旋翼飞控技术的基础上，有效的规避了其以往的缺陷，同时自主飞行控制软件编程，这种飞控任务的提供，有效的实现了飞行中，自主导航智能飞行。
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恒州博智调研《2021-2027中国无人机市场现状及未来发展趋势》本报告研究中国市场无人机的生产、消费及进出口情况，重点关注在中国市场扮演重要角色的全球及本土无人机生产商，呈现这些厂商在中国市场的无人机销量、收入、价格、毛利率、市场份额等关键指标。本文也同时研究中国本土生产企业的无人机产能、销量、收入及市场份额。此外，针对无人机产品本身的细分增长情况，如不同无人机产品类型、价格、销量、收入，不同应用无人机的市场销量等，本文也做了深入分析。历史数据为2016至2021年，预测数据为2021至2027年。
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行业主要上市公司：北方导航(600435)、洪都航空(600316)
本文核心数据：中国无人机市场结构、民用无人机市场规模
我国军用的无人机发展起步较早，早在1964年Ⅰ型无人机靶机就已经诞生，Ⅱ型无人机靶机也在70年代研制完成。随后，又研制出了S-100型靶机，使无人机的飞行速度达到100米/秒，这也为我军训练的现代化做出了重要贡献。
而相对于发展起步较早的军用无人机，我国民用无人机市场在早期并未引起足够重视，有归口管理单位，没有长远规划，处于无序发展状态。但近些年由于技术的发展和需求的牵引推动，特别是一些自然灾害频发，急需有一种灾情监视评估和搜救手段，从而引起有关方面对民用无人机的关注，且迅速升温，逐步深入大众生活。截至2020年末，我国民用无人机的市场份额由2014年的不足10%增长到左右。
军用无人机市场依旧活跃
我国军用无人机起步于1964年，1980年代开始批量使用无人机，最初主要作为防空系统的靶机和干扰诱饵等。到2000年后，我国相关科研院所、高等院校积极合作，开发出了多型的无人机设备，除了2002年在珠海航展上亮相的WZ-2000型无人侦察机引起世界轰动外，近几年也开发出了中国版的“捕食者”——“彩虹-4号”、 “彩虹-5号”无人机和“翼龙型”无人机，还有酷似全球鹰的“翔龙型”无，而“利剑”隐身无人攻击机在2019年国庆阅兵时正式亮相，并更名为“攻击11”。
我国研制无人机已有五十多年的历史，国内无人机的研究发展在总体设计、飞行控制、组合导航、中继数据链路系统、传感器技术、图像传输、信息对抗与反对抗、发射回收、生产制造和部队使用等诸多技术领域积累了一定的经验，具备一定的技术基础。
但在军用无人机领域，我军无人机装备同发达国家相比仍有一定差距，还不能完全适应高技术战争的要求。国内己有的无人机任务系统载重都不大，尚难满足电子对抗、预警、侦察等大型任务系统的要求，平台技术难以满足无人作战飞机的高隐身、高机动能力的要求，在气动力、发动机、轻质结构和高精度导航等方面基础技术薄弱。
2020年民用无人机市场规模有望超过250亿元
从总体上看，在早期阶段，国内民用无人机领域的开发长期以来没有引起足够重视，没有归口管理单位，没有长远规划，处于无序发展状态。但近些年由于技术的发展和需求的牵引推动，特别是一些自然灾害频发，急需有一种灾情监视评估和搜救手段，从而引起有关方面对民用无人机的关注，且迅速升温，逐步深入大众生活。据统计，截至2020年底，无人机实名登记数量已增至万架，较2010年涨幅超过500%。
中国民用无人机自2008年汶川地震之后开始在国内兴起，经过几年的发展，当前无人机的应用范围已涉及国土资源调查、环境监测、水情监测、救灾等多个领域。据不完全统计，目前国内无人机仅民用市场大概有几亿元的量级。面对这一正在兴起的市场，相关企业和科研机构也纷纷进驻民用无人机领域。
民用无人机的迅速发展使得我国民用无人机市场规模持续扩大，根据航空运输协会的数据显示，2019年我国民用无人机市场规模为210亿元。根据Drone Industry Insights披露的民用无人机增长率预测，2020年中国民用无人机市场规模有望超过250亿元。
综合来看，我国无人机市场近年来处于相对活跃状态，投资与研发并举，军用与民用共同发展。
以上数据来源于前瞻产业研究院《中国无人机行业市场需求预测与投资战略规划分析报告》
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随着我国对无人机产品的研发投入不断加大，相关技术的不断成熟，以及对国外相关技术的引入，整体来看，国内无人机发展比较快，民企逐渐增多，在军事、民用等领域的应用范围越来越大，行业发展前景较好。 国内无人机的研究发展在总体设计、飞行控制、组合导航、中继数据链路系统、传感器技术、图像传输、信息对抗与反对抗、发射回收、生产制造和部队使用等诸多技术领域积累了一定的经验，具备一定的技术基础。特别是近几年来，一批新型无人机装备相继研制成功并交付部队， 无人机装备体系结构有了较大改善，现代化水平有了明显提高。我国研制无人机已有40 多年的历史，先后研制多种无人机。在无人机平台研发方面，军工企业、院校和民营企业都纷纷加人了无人机平台的研发行列。尽管我国无人机产业近年来得到了长足的发展，但从总体上说，我国无人机装备同发达国家相比仍有一定差距，还不能完全适应高技术战争的要求。 发展趋势分析 1.重视体系发展，融人整体作战效能的实现 无人机发展初期， 无人机系统研制主要有两种主要方式：一种是先主要研制平台， 平台定型后再考虑载荷；另一种是首先研制载荷，而后再考虑搭载什么平台。随着无人机技术与产品的发展，用户更为重视无人机实现的使用效能，无人机研发将重点关注系统效能的实现，将平台、载荷、测控、传输等设备视为一个大系统开展论证、研制工作，而不再片面追求平台或载荷的能力。 2.平台与载荷的深度融合 随着无人机技术与载荷技术的发展，以及用户对尺寸、重量要求的不断提高，无人机与功能载荷的集成度逐步提高，逐渐向深度融合的方向发展；出现了传感器共通、信息共享、硬件共用、结构共形、功能互为备份等新特点。3.多样化、系列化发展 随着无人机系统在军、民两个领域的应用，无人机的优势愈为凸显， 无人机产品的发展更为多样，且逞系列化发展的趋势。为获得更长的航时、更高的可靠性和携载能力， 战略无人机将向更大的外形尺寸发展， 将可替代当前的有人高空机载预警监视和通信平台。而战术无人机将会向更小的外形尺寸发展，以满足各种应用的需求。 同时， 无人机向作战平台发展是未来战争的发展趋势，未来新型无人攻击机或多用途无人机将更加广泛地应用自主目标截获与识别、精确制导、信息传感和高速数据链等先进技术和自动控制系统，从而提高无人机的作战能力。此外，多种无人机都开展了系列化发展， 满足用户在不同航程、不同空域、不同载荷能力间的个性化需求。 4.向集成化、多任务平台发展 搭载不同的载荷，无人机可以完成不同的任务。为了更好地利用成熟的无人机平台，无人机研制更为注重对多种载荷、多种任务的适应性, 力求实现一机多用。 5.对多机协同的适应性将成为无人机系统发展需首要考虑的问题 将来，无人机的使用将更多体现出多机协同、有人无人协同、网络化作战的特点。因此，无人机系统在设计之初就要充分考虑对网络化协同的适应性问题。
已经完成。基本不等式在国内专家的不懈努力之下，研究进度是已经完成并形成了最终的结论。基本不等式是主要应用于求某些函数的最值及证明的不等式。
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