小米正式進軍消費型無人機市場，第一代產品將于明天發布。消息稱小米無人機將搭載Fellow Me技術和光流定位技術，與小米手環二代配合使用，作為年輕人的第一臺無人機售價3999元。此前，有業內傳聞高通正在與聯芯、大疆談判，共同合作開發無人機芯片方案平臺，小米又是高通在中國最重要的合作伙伴之一。大型芯片商、制造商快速入場，2016年中國無人機產業變局臨近。
無人機已成為2016年業界最火的名詞之一，在航拍、快遞、災后搜救、數據采集等領域，無人機已獲得廣泛應用，而在警力、城市管理、農業、地質、氣象、電力、快遞、測繪、植保、噴灑農藥、測繪、巡線等行業領域，無人機正在發揮越來越大的作用。預計2016年無人機市場的消費總額將會翻倍，商用無人機消費市場的增長潛力更大。
400中國無人機廠商占據全球70%市場
根據UBM數據統計，目前國內電力巡線領域潛在需求4000架，輸油管道巡檢領域潛在需求1170架，森林防火領域潛在需求1000架，公共安全、反恐維穩潛在需求2856架。僅上述四個民用領域的潛在需求總架數已經接近10000架
圖2：中國大陸無人機出口增長與預測
在全球無人機行業中，中國無人機無疑是當中的佼佼者。據UBM最新的數據統計，2015年中國大陸出口無人機89.1萬架，同比增長427.2%。其中大疆創新2014年總營收占全球小型無人機市場份額的70%。
在無人機制造領域，國內制造商已搶先占領世界市場。目前中國大約有400個無人機制造商，供應全球70%的無人機需求市場。
圖3：2015年全球民用無人機企業排行榜
圖4：越來越多的不同領域的廠商開始跨界進入無人機領域
除了飛控，無人機還有哪些技術門檻？
據了解，無人機的核心技術主要集中在飛控、遙控、圖傳、云臺等技術方向，這些因素共同決定了無人機系統的飛行穩定、安全、航程、圖像穩定性等技術指標。
其中飛控技術是無人機實現自主飛行的核心技術。飛控系統硬件方面一般包括控制計算機、傳感器、導航設備、執行機構等設備構成。在以往，無人機飛控系統主要采用開源平臺，如德國MK、美國APM、PX4、MWC等公司都帶頭講自己的無人機飛控系統進行了開源。2014年Linux也參與了無人機開源系統的合作。這種做法大大降低了飛控的技術門檻，也推動了無人機產業的快速發展。
但是，為了將自己的產品做出差異化，掌握核心競爭力，越來越多的公司開始在開源平臺上進行二次開發，自己來做無人機飛控系統。例如加拿大的Micro pilot、美國UAV Flight Systems，零度智控、北京普洛特、大疆、天下圖等。
遙控技術則主要取決于無線通信方式，無人機通信一般采用微波通信，微波是一種無線電波，它傳送的距離一般可達幾十公里。頻段一般是902－928MHZ，常見有MDSEL805，一般都選用可靠的跳頻數字電臺來實現無線遙控。目前無人機普遍采用2.4G無線通信芯片，由于通信數據量不大所以延時極低，主要講究信號的穩定性和操作的實時性，一般可靠距離在1KM以內。在無人機和地面的通信芯片方面，高通計劃測試4G網絡，以及正在快速發展的5G通信技術在無人機通信上的應用。
除了無線遙控，無線通信同樣被應用到視頻傳輸上。消費級主流的方案使用2.4G WiFi圖傳，傳輸距離在500-800m左右。高清圖傳的傳輸距離更遠、延時性更低和更高分辨率的畫質，對視頻的編解碼要求很高。實時圖傳指標有三個分別為距離，分辨率及延時程度。大疆采用的OFDM（信道編碼的正交頻分復用）全數字調制解調技術，其多載波等技術特點，抗多徑能力強，具備“非視距”、“繞射”傳輸特點和良好穿透能力，能夠滿足無人機無線通信任務。據了解，大疆的OFDM在廣闊沒干擾地區可以做到5公里圖傳，這個技術目前大疆獨占。因為這套算法跟硬件都需要一定的技術積累。分辨率這個現在大家都可以做到720P。而延時程度這個很重要，大疆可以做到幾乎感覺不到圖傳延時，大概0.3秒。
新門檻：避障技術以及計算機視覺
隨著無人機產品逐漸的升級換代，壁障、機器視覺、跟隨（Follow Me）等新興應用層出不窮。在2016年CES展上，有多家無人機廠商就展示了最新的壁障技術。
目前無人機多用超聲、紅外和視覺等方式結合進行避障。不同的避障技術優缺點各不相同，針對之前避障方式魯棒性（Robust）差的問題，Aerotenna把微波雷達技術引入了無人機，并基于此技術開發了基于微波雷達技術的無人機高度計和360度全向避障模塊。
對于無人機的安全性來說，會避障將是一個巨大的提升，也會讓應用領域更廣泛。避障的實現方式有很多種，除了上述提到的微博雷達技術外，計算機視覺技術也可以應用于避障。依靠計算機視覺芯片，未來的無人機將具備自動飛行的能力（無需地面操控員利用設備控制），它們能夠自動躲避高壓線、尋找著陸范圍、自動在異常氣候條件下修正飛行路線。隨著計算機視覺系統不斷完善，未來的無人機將在商品快遞等領域發揮出巨大作用。
雙目立體視覺(Binocular Stereo Vision)是機器視覺的一種重要形式，零度智控推出的雙目深度算法基于視差原理并利用成像設備從不同的位置獲取被測物體的兩幅圖像，通過計算圖像對應點間的位置偏差，來獲取物體三維幾何信息的方法。融合兩只眼睛獲得的圖像并觀察它們之間的差別（視差圖像），使我們可以獲得明顯的深度感，建立特征間的對應關系，將同一空間物理點在不同圖像中的映像點對應起來。雙目視覺深度恢復技術可以使智能機器人具備對環境的深度感知能力。
基于計算機視覺的無人機還可以完成諸多功能，例如手勢操作、光流及聲吶定位、電子穩像等。
除此之外，在跟隨功能上，被應用到VR設備HTC Vive的Lighthouse光學位置追蹤系統可替代目前機器人追蹤巡航系統。特別是室內遠距離精準追蹤?？梢詫崿F在室內跟蹤四旋翼無人機，不必再花5萬美金買一套Vicon光學運動追蹤系統。
新需求促使MCU升級處理器
傳統的民用無人機并不需要強悍的計算能力，基本的操作都在目視距離之內。直到最近幾年，電池動力多軸旋翼與機載攝像裝置的結合讓新手也可以快速學會無人機操控，同時也對無人機自身的電子設備能力提出了很高的要求：飛行器與地面的通訊帶寬要大幅增加以傳輸視頻數據；最好擁有障礙探測與規避能力以彌補操控者經驗的不足；無人機要和其他電子設備很好地協作，方便操控與實現各類用途，等等。加上上面提到的機器視覺、壁障等功能都需要強大的圖形運算處理能力和高效的深度算法，因此對于無人機的主控平臺提出了越來越高的要求。
傳統的單片機（MCU）已經無法再滿足無人機的需求，而處理器廠商正在對無人機領域虎視眈眈。由于無人機的機體通常不會很快損壞，使用年限較長；但核心電子器件的換代會很迅速，每隔一兩年就會有更新、更強的芯片面世，提升無人機的綜合能力。為無人機更換處理模塊將像為PC升級組件一樣平常，這就意味著巨大的商機。此外無人機控制系統需要用到應用處理器，這和手機內部的處理器并無本質區別，另外空中飛行的無人機需要和地面控制人員和設備進行通信，也將給通信芯片廠商帶來巨大的商機。
一架售價一千美元的無人機安裝的處理模塊可能賣到三百美元，相當于一顆PC CPU的售價。未來價值數百億美元的無人機產業中，芯片企業足可以分得一百億美元甚至更多的蛋糕。此外由于無人機的很多技術與無人駕駛汽車相通，為前者研發的芯片技術很容易成為后者的積淀。如果能在無人機芯片領域獲得領先優勢，進而就可以在更重要的自動駕駛汽車產業成為關鍵角色。
也因此包括高通、英特爾在內的SOC公司正在采用了比微控制器（MCU）更為強大的CPU或是ARM Cortex-A系列處理器作為飛控主芯片。這些芯片巨頭的加入證明芯片技術在未來無人機發展中的重要性不可忽視，芯片也成為了未來無人機產業的關鍵核心組件。和智能手機時代一樣，無人機制造商也希望高通、英特爾這些芯片制造商，能夠提供完整的芯片解決方案。將來用戶在選購無人機時也要在意其使用了什么等級的CPU，乃至在專用測試程序中的成績；也許“不服跑個分”的適用范圍又要擴大了。
主流的無人機SOC介紹
在CES2016上，高通子公司Qualcomm Technologies、騰訊和零度智控發布并展示了一款基于高通驍龍Flight平臺的商用無人機YING，將于2016年上半年在全球上市。
驍龍Flight是一塊高度優化的58x40mm開發板，專門針對消費級無人機和機器人應用而設計。驍龍Flight包含一顆驍龍801 SoC(由四顆主頻為2.26GHz的核心組成)，支持GPS、4K視頻拍攝、強勁的連接性以及先進的無人機軟件和開發工具，雙通道Wi-Fi和藍牙模塊，支持實時飛行控制系統，擁有全球導航衛星系統(GNSS)接收器，支持4K視頻處理，支持快速充電技術，而這一切全被整合在一張名片大小的主板上。帶來了最前沿的移動技術以打造全新級別的消費級無人機。據了解，這款芯片可把4K無人機的平均價格從約合人民幣7791元拉低至約合人民幣1948-2597元，續航從20分鐘延長到45-60分鐘。另外，高通還設立了內部實驗室，研發無人機可以使用的計算機視覺芯片。
2016年，采用高通芯片平臺的無人機可能會越來越多，這種一體化的芯片平臺，也會大大加快無人機的研發和制造。據報道，高通已經推出了這樣的芯片配套方案，名為“驍龍飛行平臺”，整合了無人機飛行和工作需要用到的處理器、通信芯片、飛行控制芯片以及高空攝像芯片。這一平臺甚至可以支持超高清視頻的拍攝。
除了高通，在CES2016上，英特爾展示了采用英特爾實感技術的Yuneec TyphoonH，內置了高達6個英特爾的“RealSense”3D攝像頭，采用了四核的英特爾凌動（Atom）處理器的PCI-express定制卡，來處理距離遠近與傳感器的實時信息，以及如何避免近距離的障礙物。至于遠距離的3D攝像頭，Intel使用“主動立體成像原理”，它模仿了人眼的“視差”原理，通過打出一束紅外光，以左紅外傳感器和右紅外傳感器追蹤這束光的位置，然后用三角定位原理來計算出3D圖像中的“深度”信息。
三星在無人機產品線上推出了Artik5芯片，搭載1GHzARM雙核ARMCortex-A7處理器（Mali400 MP2 GPU），搭配的是512MB LPDDR3內存以及4G eMMc閃存。支持Wi-Fi、低功耗藍牙，支持802.11b/g/n。此外，該芯片還能對解碼H.264等格式720p30fps的視頻進行解碼，并提供了TrustZone。
值得一提的是國產芯片聯芯LC1860，目前已經被包括大疆精靈4、零度智控1代采用。LC1860支持LTE-TDD/LTE-FDD/TD-SCDMA/WCDMA/GGE五模，集成4+1個CortexA71.5GHzCPU、雙核GPUMaliT628、Trustzone安全架構等特寫。LC1860于2014年第三季度正式上市，是國內首顆面向公開市場商用的28nm4GSoC芯片。發布短短一年時間，出貨量就已經超過千萬，產品穩定性經過了市場檢驗。這個平臺最大的優勢是SDR軟件無線電，可以自定義和修改無線電頻段。采用SDR自定義無線電頻段，可以獲得比主流的2.4G WIFI更遠的傳輸距離。
在剛剛結束的2016年香港春季電子展上，rockchip也首次推出了高清無人航拍一體機解決方案。這個方案采用RK3288芯片，其特點是沒有搭載云臺，而通過超強防抖高清航拍穩像技術實現圖像穩定。基于陀螺儀角度及位移校正并采用優化的運動矢量估計與提取算法，提升相機影像清晰度，可一定程度取代傳統機械云臺?？蓪崿F13M的Camera數據采集，輸出1080P?30fps本地高清以及480P?30fps的遠程傳輸雙通道穩像碼流。RK3288芯片主打超強防抖穩像技術與高速圖像處理能力，在航拍算法防抖技術上進行極致設計從而提升航拍影像表現力并且縮小無人機體積，更適合個人便攜應用。
此外，MTK在最近舉行的CITE2016展上，也展示了基于Linkit smart7688平臺的無人機方案。不過MTK工作人員表示，目前沒有專門針對無人機市場增設產品線的打算。
集成化“交鑰匙”將主導無人機行業
由于目前國內的無人機廠商魚龍混雜，不少廠商在硬件平臺搭建上實力是有所欠缺的。之所以大部分采用單品機+圖傳、視覺模塊的方式，是因為Cortex-A甚至X86處理器開發難度大。
然而當高通、Intel這種芯片巨頭推出snapdragon flight這種集成度高而且計算能力非常強的平臺之后，游戲規則就會悄然發生改變。首先，硬件研發和制造成本轉移到了平臺的采購成本，只要硬件平臺的價格沒有高到離譜，總還是值得的。此外，當這些小無人機忽然間擁有（相對于STM32等處理器）強大很多倍的計算能力之后，很多曾經需要特殊設備才能完成的計算（如視頻編碼壓縮，目標識別，視覺定位等等）在這一個平臺上就可以完成。
此外，除了高通之外，MEMS傳感器廠商如ST、ADI等廠商也在考慮推出他們的硬件平臺，到時候可能會將高性能CPU、慣性傳感器、基帶和射頻芯片、電源管理芯片等等集成到一塊電路板上，到時候無人機的開發門檻將進一步更低。
這些MEMS傳感器主要用來實現飛行器的平穩控制和輔助導航。飛行器之所以能懸停，可以做航拍，是因為MEMS傳感器可以檢測飛行器在飛行過程中的俯仰角和滾轉角變化，在檢測到角度變化后，就可以控制電機向相反的方向轉動，進而達到穩定的效果。這是一個典型的閉環控制系統。
至于用MEMS傳感器測量角度變化，一般要選擇組合傳感器，既不能單純依賴加速度計，也不能單純依賴陀螺儀，這是因為每種傳感器都有一定的局限性。比如說陀螺儀輸出的是角速度，要通過積分才能獲得角度，但是即使在零輸入狀態時，陀螺依然是有輸出的，它的輸出是白噪聲和慢變隨機函數的疊加，受此影響，在積分的過程中，必然會引進累計誤差，積分時間越長，誤差就越大。這就需要加速度計來校正陀螺儀，因為加速度計可以利用力的分解原理，通過重力加速度在不同軸向上的分量來判斷傾角。由于沒有積分誤差，所以加速度計在相對靜止的條件下可以校正陀螺儀的誤差。但在運動狀態下，加速度計輸出的可信度就要下降，因為它測量的是重力和外力的合力。較常見的算法就是利用互補濾波，結合加速度計和陀螺儀的輸出來算出角度變化。
ADI亞太區微機電產品市場和應用經理表示，ADI產品主要的優勢就是在各種惡劣條件下，均可獲得高精度的輸出。以陀螺儀為例，它的理想輸出是只響應角速度變化，但實際上受設計和工藝的限制，陀螺對加速度也是敏感的，就是我們在陀螺儀數據手冊上常見的deg/sec/g的指標。對于多軸飛行器的應用來說，這個指標尤為重要，因為飛行器中的馬達一般會帶來較強烈的振動，一旦減震控制不好，就會在飛行過程中產生很大的加速度，那勢必會帶來陀螺輸出的變化，進而引起角度變化，馬達就會誤動作，最后給終端用戶的直觀感覺就是飛行器并不平穩。
除此之外，在某些情況下，如果飛行器突然轉彎，可能會造成輸入轉速超過陀螺儀的測試量程，理想情況下，陀螺儀的輸出應該是飽和輸出，待轉速恢復到陀螺儀量程范圍后，陀螺儀再正確反應實時的角速度變化，但有些陀螺儀確不是這樣，一旦輸入超過量程，陀螺便會產生震蕩輸出，給出完全錯誤的角速度。還有某些情況下，飛行器會受到較大的加速度沖擊，理想情況陀螺儀要盡量抑制這種沖擊，ADI的陀螺儀在設計的時候，也充分考慮到這種情況，利用雙核和四核的機械結構，采用差分輸出的原理來抑制這種“共模”的沖擊，準確測量“差模”的角速度變化。但某些陀螺儀在這種情況下會產生非常大錯誤輸出，甚至是產生震蕩輸出。
“未來飛行器上的MEMS產品也會向集成化方向發展，比如3軸加速度加上3軸陀螺儀的集成產品，甚至是SOC，把處理器也集成進去，直接提供角度輸出供后端處理器調用。由于飛行器的應用場景一般都是戶外，客戶勢必會做全溫范圍內的溫度補償，而在出廠前就對MEMS產品做好了全溫范圍內的溫補，或者是設計超級低溫漂的傳感器，都會是MEMS產品在這一領域的發展方向。當然可靠性依然是最重要的指標。”他認為。
隨著無人機的功能不斷增加，GPS傳感器、紅外傳感器、氣壓傳感器、超聲波傳感器越來越多地被用到無人機上。方案商已經在利用紅外和超聲波傳感器來開發出可自動避撞的無人機，以滿足將來相關法規的要求。集成了GPS傳感器的無人機則可以實現一鍵返航功能，防止無人機飛行丟失。而內置了GPS功能的無人機，可以在軟件中設置接近機場或航空限制的敏感地點，不讓飛機起飛。
