第1章 概述
无人机（unmanned aerial vehicle, UAV）是一种机上无人驾驶的航空器，其具有动力装置和导航模块，在一定范围内靠无线电遥控设备或计算机预编程序自主控制飞行。无人机研制始于20世纪初，有人驾驶飞机诞生后的十几年，经过近一个世纪的发展，已经形成了一个大家族。目前，全世界有超过50个国家装备了300种以上的无人机，比较著名的有美国的“全球鹰”“捕食者”，中国的“ASN”系列大型无人机，英国的“凤凰”中型无人机，以色列的“云雀”“鸟眼”系列小型无人机等。无人机种类繁多，从动力、用途、控制方式、结构、航程和飞行器重量等方面可划分为多种类型。例如：按动力可分为太阳能、燃油、燃料电池和混合动力无人机；按用途可分为军用、民用和多用途无人机；按控制方式可分为无线电遥控、预编程自主控制、程控与遥控复合控制无人机；按结构可分为固定翼、旋翼、无人直升机和垂直起降无人机；按航程可分为近程、中程、远程和全球无人机；按飞行器重量可以分为微型、小型、中型和大型无人机。无人机系统是一套综合的技术支撑系统，它是对无人机概念的扩展，它由机体、机上载荷和地面设备等组成，实现其飞行、操控、数据处理和信息传导等功能。
无人机遥感（UAV remotesensing, UA-VRS）是利用先进的无人驾驶飞行器技术、遥感传感器技术、遥测遥控技术、通信技术、POS定位定姿技术、GPS差分定位技术和遥感应用技术，具有自动化、智能化、专业化快速获取国土、资源、环境、事件等空间遥感信息，并进行实时处理、建模和分析的先进新兴航空遥感技术解决方案。无人机遥感系统（UAVremotesensing system, UA-VRSS）即是一种以无人机为平台，以各种成像与非成像传感器为主要载荷，飞行高度一般在几千米以内，能够获取遥感影像、视频等数据的无人航空遥感与摄影测量系统。目前，成熟完备的民用无人机主要由飞行平台系统、轻小型多功能对地观测传感系统、遥感空基交互控制系统、地面数据快速处理系统、数据传输链路、综合保障系统与装置，以及地面后勤人员等组成。
第一节 无人机发展概况
一、无人机定义与发展趋势
无人机是无人驾驶飞机的简称，它是一种有动力、可近山、能携带多种任务设备、执行多种任务，可一次或多次重复使用，携带各类有效载荷完成各种指定任务的有动力空中飞行器。无人机机身上无驾驶舱，不需要驾驶员在机舱内进行驾驶，但安装有自动驾驶仪、程序控制装备等设备。地面、舰艇上或母机遥控站的人员通过雷达等设备，对其进行跟踪、定位、遥控、遥测和数字传输。无人机既可以在无线电遥控下像普通飞机一样起飞，也可以由母机带到空中投放飞行；可采用与普通飞机着陆过程一样的方式自动着陆，也可以通过遥控使用降落伞或拦网回收。
从技术角度定义可以分为无人直升机、固定翼无人机、无人飞艇、无人伞翼机等，其中在遥感测绘领域内应用最广的是无人直升机、固定翼无人机和多旋翼无人机。从应用角度可以分为军用、民用和军民两用无人机。
无人机以其生存率高、机载配置多样化、滞空时间长、操作灵活、经济实用、训练维修成本低、搭载平台性能不受人类生理条件限制等优点，在遥感测绘等领域得到了成功的运用，并受到了青睐。无人机与卫星相比，具有分辨率高、预警时间短、制造成本低等优势；而相对于有人驾驶飞机，则具有设计灵活、体积小、重量轻、续航时间长、空中利用率高、载荷能力强，安全系数高、自主控制能力强等优点。此外，无人机造价低廉、容易操控，使用成本仅为有人驾驶飞机的百分之十甚至百分之几。
二、无人机发展历程
无人机最初起源于第一次世界大战期间，一般认为世界上第一架无人机是诞生于1917年的斯佩里“空中鱼雷号”无人机。从那时起，美、英等国开始设计遥控无人机用作靶机进行炮兵训练。第二次世界大战期间，日本试用了无人飞行器，海上无人舰艇和地面车辆。但是这个阶段的无人机在技术上尚不成熟，准确性很低，实战应用范围有限，并没有引起普遍重视。
第二次世界大战后，随着电子技术的进步，无人机在更复杂作战任务方面显示出了其特有的优势，受到的关注开始增多。冷战期间，无人机系统除了作为训练目标或敌军雷达的诱饵飞行以外，还开始执行侦察与情报收集等任务。例如，在越南战争期间，美军曾经使用大量的无人机对高情报价值或者是防御严密的目标进行侦察。20世纪60年代后期，美国空军曾在空中C-130飞机上对AQM-34无人驾驶飞行器进行遥控，并实施有人和无人平台编队试验。1982年以色列航空工业公司首创以无人机进行侦察、情报搜集、跟踪和通信等活动的理念。而后美国和以色列在局部战争中多次使用军事无人机，引发全球对无人机的关注，世界各国开始进入无人机研发领域。
（一）国外无人机发展概况
无人机的发展具有悠久的历史，1909年世界上第一架无人机在美国试飞。1914年英国秘密研究无人机，英、德两国在1917年前后取得技术上的突破。冷战结束后，尤其是进入21世纪，无人机研发制造和应用开始从军用向民用方向开放和探索。无人机作为一个系统，涉及的技术有：飞行控制系统、自动驾驶系统、通信系统、GPS、微处理器、发动机和传感器等，随着技术发展，目前，无人机技术处于世界领先水平的是美国、德国、以色列，此外俄国、英国、法国、加拿大等国家无人机技术发展较快。我国周边国家如日本、印度、韩国等基于雄厚的工业及电子技术，无人机也发展迅速。2005年以来，美国在无人机创新方面取得重大突破，而且已经首次实现大规模商用，无人机携带起来特别方便，操作简单，直接用手机或平板电脑就可以操作，应用范围颇广。
目前，全球成熟的无人机应用领域有：航空摄影、边境巡逻、精准农业、公共安全维护、低空遥感测绘、物流、空中拍摄以及查证贸易索赔、植物保护、电影特效制作，等等。
（二）国内无人机发展概况
我国研究起步较晚，20世纪70年代，我国才开始自主研制无人侦察机。改革开放以后，在无人机民用领域逐步探索可行性。据不完全统计，现阶段我国从事无人机研发生产的单位有1000多家，形成了配套齐全的研发、制造、销售和服务体系的有600家左右，近年来呈现出井喷发展之势。研制投入使用的无人机型多达百余种，无人机技术逐步完善。
图1-1-1 我国无人机发展历史
我国无人机在几十年间，经历了从仿制国外无人机到自己研发无人机再到出口无人机的过程。我国很重视无人机的发展，并将其相关技术列入“863计划”中，我国的无人机技术得到很大的进步，市场份额也在不断扩大。我国在2014年无人机销售量2万架左右，50%以上的增长在未来几年将持续保持，在2014年我国民用无人机销售规模已经达到40亿元。2002年至2015年7月，国内与无人机相关的专利申请有15245件，其中新型专利占37.48%，发明型技术专利占57.39%，外观专利占比5.13%。中国无人机经历了30多年的发展，形成以军工集团下属单位和科研院所、民营企业为主要市场参与者的新兴市场。
民用无人机分为民用工业级无人机和民用消费级无人机，发展主要经历了三个时期：初创期、蛰伏期和成长期。2008年之前，中国民用无人机市场规模小，增长缓慢，主要运用于灾害救援、地图测绘等专业级市场。
2008年以来，以“大疆创新”为代表的中国消费级民用无人机企业，依靠多旋翼无人机迅速崛起。随着多旋翼无人机在消费级市场应用增多，多旋翼无人机成为民用无人机市场的主流机型，作为中国制造的消费级无人机在全球市场份额、研发制造能力、应用广度深度方面均具有一定优势，成为“中国创造”的代名词。消费级无人机因低成本，便于操作，应用性和娱乐性兼有，快速点燃了国民的消费热潮，大量企业和资本纷纷加入消费级无人机生产制造领域，随着消费级市场的竞争愈加激烈，一些无人机企业纷纷转向专业应用的工业级无人机领域，国内工业级无人机市场也开始出现快速增长。
目前，中国参与研制和生产无人机的单位有：中国航空工业集团、中国航天科技集团、中国航天科工集团、中国电子科技集团、大疆公司、南京航空航天大学、南京模拟技术研究所、北京航空航天大学、西北工业大学、北京数字绿土科技有限公司、一飞智控、中科遥感等。军用无人机如中航工业集团公司研制生产的“彩虹”系列无人机已达到国外同类无人机的水平，民用无人机包括的“大疆”“幻影”“大疆精灵”系列无人机也有较高的市场占有率。
（三）宁夏无人机发展概况
银川作为国家首批列入的“通用航空产业综合示范区”重点城市，近年来无人机行业发展迅速。据相关部门统计，截至2016年12月，在宁夏工商部门注册，涉及无人机销售、服务、培训的企业达200余家，无人机的使用单位也是日益增多，如：宁夏测绘系统、地矿系统、国土系统、公安消防系统、水利水电系统、森林防火系统、旅游考古系统等各个单位，据不完全统计，使用单位累计已超过60余家，无人机数量达到400余架。
截至目前，宁夏地区无人机已应用到各行各业：如在航空拍摄方面，沙坡头影视城部分电影已采用无人机取景和辅助拍摄；测绘地理信息方面，宁夏遥感测绘勘查院、宁夏测绘局等一批单位率先发展无人机航测，服务于城市建设管理；宁夏水利水电勘察测绘研究院、宁夏电力设计院等在5年前已开始发展无人机在行业和领域的应用；在公安消防等领域，无人机也有较多应用。其中宁夏遥感测绘勘查院自2010年以来，成功引进了“快眼”系列固定翼无人机、无人直升机与多旋翼飞行器航摄系统，组建了宁夏第一支无人机队。通过近几年的人才培养和引进，技术人员素质和能力不断提升，能够应对复杂局面的复合型人才队伍专业技术人员达50余人，2人取得AOPA无人飞行器飞行员资格认证；拥有各类无人飞行器19架，可搭载佳能5DⅡ、佳能5DⅢ、飞思IQ180、索尼NEX-7K、激光三维扫描仪等各类航摄仪器；拥有UP30、CXG-300地面控制软件、DPgrid、Pix4D等正射影像（DOM）生产软件， VirtuoZo、GEOWAYDPS等数字测图软件以及海量数据存储系统；研发了从无人机自主装配、运行、维护，到航摄作业、数据加工制作的整套技术流程；能够高效、保质完成各类航摄数据的作业与生产。