1.2 无人机发展中的热点问题
（1）无人机飞行管理
无人机行业在我国处于起步阶段，行业标准和监管规范均处于空白状态。虽然对于民用无人机管理，2009年以来有关部门就陆续出台过《民用无人机空中交通管理规定》《民用无人机适航管理工作会议纪要》等规定，针对景区无人机管控的规定有如《黄山风景名胜区关于加强“低慢小”航空器飞行管理的通告》等，但无人机“黑飞”乱象却有增无减。无人机“黑飞”是指一些没有取得私人飞行驾照或飞机没有取得合法身份的飞行，由于处于法外之地，“黑飞”无人机存在极大的安全隐患。且公共安全威胁刻不容缓，景区无人机管控问题迫在眉睫。
① 无人机飞行空域。依据《中华人民共和国飞行基本规则》规定，中国人民解放军空军负责全国的飞行管制。在此原则下，各地的飞行审批权落在相应的飞行实施地所在的部队身上。故无人机空域申请有相应的要求。审批所需材料包括公司营业执照、航空适航资质、人员执照、任务委托书、任务申请书。如任务性质涉及外国航空器或外国人使用我国航空器，则需有原总参谋部的批准文件。航空摄影、遥感、物探需大军区以上机关批准文件；体育类飞行器需地市级以上体育部门许可证明；大型群众性、空中广告宣传活动需当地公安机关许可证明；无人机驾驶系留气球需地市级以上气象部门许可证明。任务申请书的内容包括飞行单位、航空器型号（性能参数）、架次、航空器注册地、呼号、机长（飞行员）、机组人员国籍、主要登机人员名单、任务性质、作业时间、作业范围、起降机场、空域进出点、预计飞行开始和结束时间、机载监视设备类型、联系人、联系方式等。
② 无人机飞行管理规则。无人机飞行管理主要包括以下4方面内容。
a．在基于空域管理和航路网规划时设定安全边界和间隔，可以认为是在飞行区域和飞行航路上进行事先的限制。这里还包括动态设置禁飞区隔离空域中的无人机等。
b．评估和审批飞行计划，调整起飞授权放飞时间和降落授权。在计划申报阶段，通过与飞行计划申报相结合，预估未来较长一段时间内的空域容量，对飞行计划进行审批和授权，即飞行计划容量控制。另外，在起飞阶段(考虑机场与航路)，通过计算当前运行容量，对放飞申请进行授权，即起飞授权容量控制。飞行计划包括无人机的飞行航线，可以是人为设定的，也可以是起飞前航线进行自动规划。除此之外，还包括在降落阶段(考虑机场容量)，对降落申请进行授权。
c．流量管理。动态航线规划和飞行速度控制，使空中无人机之间保持一定的安全间隔。在运行阶段，结合多种异常情况，包括交通管制、异常天气、障碍物等产生的实时冲突，或者根据航路和机场的运行容量，进而触发流量管理。这个时候冲突预计发生的时间较长(比如分钟级别)，通过动态航线规划和飞行速度控制修正来消除冲突。
d．碰撞避让控制。调整飞行速度和飞行方向进行障碍(危险物)避让。低空交通管理的复杂程度远远超过高空，并且低空管理面临环境变化更频繁、考虑因素更多的问题。
（2）无人机的机翼设计问题
早期无人机机翼的设计就是一个大直板，而现在我们看到的飞机机翼在末端都是竖起来的，有的甚至有很好看的造型，这些设计只是为了飞机外观上漂亮一些吗？这些设计叫作翼梢小翼，它里面可包含了大学问。飞机的平直机翼，机翼的下表面气流由于高压而会流向上表面，在翼尖产生较大的旋涡，当飞机飞行速度增加时，旋涡的强度也会随之增加。这种旋涡的能量很大，会增加飞机的阻力和燃油消耗。大家都知道航空燃油是非常昂贵的。因此人们开始研究解决这个涡流的问题。早期的翼梢概念是由19世纪初一位英国空气动力学家构想的，但是真正将其与飞机联系在一起的则是NASA（美国国家航空航天局）的Richard Whitcomb博士。在20世纪70年代末期，NASA在一家KC-135飞机上安装了翼梢小翼进行试验，得到的结果是最大飞行高度增加了3.4%，升力系数增大了4.88%，巡航状态升阻比提高了7.8%，航程增加了7.5%。这充分说明了翼梢小翼的设计是有价值的。不过在短程的航线上，翼梢小翼的作用就不够明显了，因为它会给飞机带来额外的重量，这些重量导致的燃油消耗不能够抵消减少阻力而节油的量。
（3）无人机动力技术
无人机动力技术至关重要。续航能力是目前制约无人机发展的重大障碍，消费级多旋翼续航时间基本在20min左右，用户外出飞行不得不携带多块电池备用，造成使用作业的极大不便。无人机必须在动力方面实现突破才能走上新的革命性高度。
① 新型电池。人们对新的电池技术有着十分迫切的需求。2015年来自加拿大蒙特利尔的EnergyOr技术有限公司报道采用燃料电池的四旋翼无人机进行了3小时43分钟续航飞行。据报道石墨烯、铝空气电池、纳米电池这三项电池技术有望成为未来电池领域的希望，它们首先会被应用到手机和电动汽车领域，随后可用于无人机领域。
② 地面供电。采用地面供电的系留多旋翼无人机，通过电缆将电能源源不断输送给多旋翼，可以极大提升其滞空时间。比如以色列公司的Skysapience旋翼。
③ 无线充电。无线充电技术已经在手机、电动牙刷等电子产品上实现市场化，并正在电动汽车领域开展深入应用。来自德国柏林的初创公司SkySense在无人机户外充电方面提供了一种解决方案，即研发出了一块可以为无人机进行无线充电的平板。SkySense的最大特点是可以进行远程控制，无人机的降落—充电—起飞全过程可以独立实现，不需要有人在现场进行干预和辅助。如果充电时间更快，那么无线充电技术将会极大地帮助多旋翼无人机进行长途飞行。
④ 混合动力无人机，是一种新型双动力无人机。其动力系统由电驱动（太阳能或蓄电池）和常规发动机（喷气或螺旋桨发动机）两种动力系统构成，以实现良好的起飞、爬升性能和静音、超长航时的结合。美国已经着手研发混合动力无人机。美国Bye航宇公司正致力于为国际航宇和防务市场提供各种可用于改进飞机设计的清洁能源解决方案，该公司目前正计划推出一种名为“沉默监护者”(Silent Guardian)的混合动力无人机。这种无人机通过采用非常先进的太阳能光伏薄膜和蓄电池为机上的电动推进装置提供能源，使其具备超长续航力、静音飞行和低排放等优异性能
（4）无人机探测系统
无人机探测系统主要分为雷达探测系统、光电探测系统、无线电探测系统。雷达探测系统目前有两坐标雷达、三坐标雷达、X波段雷达、多普勒雷达、3km雷达、5km雷达、面阵雷达等应用于反无人机行业；光电探测雷达包含了跟踪识别系统，细分主要有激光探测系统、红外光探测系统、可见光探测系统、光电追踪定位识别系统、全景智能监测、3km光电识别、2km光电识别、1km光电识别；无线电探测系统主要是对无人机进行监测，分别有无线电多点定位、大型无线电监测、中型无线电监测、非法频段监测、智能无线电监测；控制管理中心系统主要是可远程操控反无人机防御系统，分别由安全防范系统、中心控制系统、电子围栏系统、黑白名单系统、录取跟踪系统、光电跟踪系统组成。
无人机探测系统的功能特点包括高效率管控，基站采用定向天线方式，采用波束赋型原理，有效利用电磁波能量，在无用方向的辐射小，提高能量的利用效率；低辐射干扰，波束赋型带来的主要好处是处于防御区域内的电磁辐射显著降低，不对人员及其他设备产生有害辐射及干扰；高可靠性，基站设备采用完全一体化防水设计，户外全天候使用，主动或被动结合的散热措施，在各种严酷环境下可以保持高可靠性。基站具备完善的过温、过压、防雷保护功能，同时集中监控系统可以实时监控基站参数，故障报警功能完善，对有故障的基站可以及时发现、处理；适应不规则地形，尤其是对于各种弯曲、狭长、零散的防御区域，分布式系统具有更高的效率和更低的额外影响。
（5）无人机的回收
无人机回收方式较少，目前主要着眼于缓冲吸能目标上，有撞网回收、伞降回收、着陆滑跑回收、垂直降落回收、中空回收和气垫回收等方式。以下介绍三种主要回收方式。
① 撞网回收。主要由拦截网、吸收能量装置和引导设备构成。拦截网承担吸能缓冲的任务，用来吸收无人机撞网后来回摆动的能量，防止触网后弹跳不停，以致损伤。自动引导装置是网后面的移动摄像头，时刻捕捉无人机返航后，进入回收空域，随时报告无人机的相对回收装置的三维坐标。但是，该拦截也存在一些劣势。当无人机返航时，需要有操作人员时刻关注监视器的状况，根据无人机的实时位置，调整无人机的飞行姿态，修正无人机飞行路线，对准地面摄像机的瞄准线，飞向拦截网。同时，无人机的降落速度、重量和载荷也要考虑，以免损坏拦截网。
② 伞降回收。伞降回收方式是无人机在回收降落的时候，机身在降落伞的牵扯作用下，机身反转180°，机体腹部朝上背部朝下，机背的着陆气包在碰地的时候充气撞击地面，起到缓冲的作用，从而保护了内部的各种仪器（英国的“小鹰”使用伞降回收方式进行着陆）。该系统还是存在很多不足之处，主要是回收的精度达不到预期的要求，飞机着陆姿态不当或速度过大，会导致机体部件或任务负载损毁。
③ 着陆滑跑回收。在着陆滑跑回收当中，起落架滑轮着陆的回收方式与有人机类同。不同之处是，无人机的着陆回收方式有特有的优势。固定翼无人机对跑道要求相对有人机更宽松。有些无人机回收架允许损坏，另外，为了缩短着陆滑跑距离，会对无人机进行设置拦阻索拦截。例如在机尾安装钩状结构，着陆时勾住拦阻索，实现无人机降落。
（6）无人机图传技术
目前无人机图传的主流技术主要是以下3个。
① OFDM技术。目前无人机上使用最广的传输技术是为OFDM，是多载波调制的一种，该技术更适合于高速数据的传输。OFDM有很多优势，比如：在窄带带宽下也能够发出大量的数据、能够对抗频率选择性衰落或窄带干扰等等。但是，OFDM也有3个缺点，即载波频率偏移、对相位噪声和载波频偏十分敏感、峰均比比较高。
② COFDM技术。COFDM即编码的OFDM，在进行OFDM调制之前增加一些信道编码（主要是增加纠错和交织），来提高系统的可靠性。COFDM与OFDM的区别就是：在做正交调制前增加纠错编码和保护间隔，使信号更有效地传输。OFDM主要应用在LTE（4G）、WIFI等应用系统上。COFDM目前应用最广泛的是在DVB（数字视频广播），有DVB-T、DVB-S、DVB-C等等，其在欧洲、东南亚、南美等地都有广泛应用。
③ WIFI技术。除了OFDM之外，很多厂家也在使用WIFI技术。WIFI传输是具有高性价比的无人机图传技术，但是因为WIFI在技术上有很多限定、不可修改，并且很多厂家都是拿来方案直接搭建，所以其缺点也十分突出：比如芯片设计成什么格式就是什么格式的，无法修改，技术比较固化；干扰管理策略实时性不强；信道利用率比较低等等。另外WIFI传输还有跟物理层的衔接不紧密的缺点，导致反应不迅速，传输时延较大，最多有秒级的时延。须知，WIFI技术的发明，从来就不是为了应用到“空对地”的图像传输应用场景中的。因此，其与生俱来的缺陷使得无人机 WIFI图传的距离和延时问题成为硬伤，并且无法解决。WIFI图传方案的廉价性，是因为PC端市场的巨大需求，给芯片制造商带来了规模效应，从而降低了生产成本。但是，这个烙印在芯片身上的握手通信机制并不能完全满足无人机图传技术的需求。
（7）5G技术与无人机
随着5G网络、边缘计算、网络切片等技术的发展与成熟，无人机在安防巡检 、物流、测绘、农业等领域的应用前景广阔。
天翼无人机使能平台具备多厂商、多机型的无人机接入服务、全可视化飞行控制服务；提供低延时、高带宽中国电信5G实时通信服务、安全可靠的天翼云数据存储服务；提供卫星遥感和GIS地图服务；平台汇聚了人脸识别、交通取证、设备缺陷识别、火情预警、多光谱分析、河道水面漂浮物检测、施工进度留影等成熟的AI能力，可以直接在行业场景应用。
基于天翼无人机使能平台，中国电信推出了智慧警务、智慧水利、智慧农业、智慧工地、智慧城市、光网巡检、电力设备巡检、市容巡查、交通巡查、河湖巡检、城市规划、城区违建、应急指挥、媒体直播、物流配送等十几个行业的无人机应用及解决方案。
（8）水下无人机
水下无人机是一种可在水下移动、具有视觉和感知系统、通过遥控或自主操作方式、使用机械手或其他工具代替或辅助人去完成水下作业任务的装置。目前，水下无人机在关键技术上不断取得新的进步，拍摄能力、下潜能力以及续航能力都持续增强，在水下搜救、海洋环保、科研考古、海底勘测、水下摄影、潜水娱乐、船舶检修、渔业养殖等诸多领域实现了愈加广泛的应用。
水下无人机可分为三大类：第一类是有缆水下无人机，习惯称拖曳式水下无人机；第二类是遥控潜器；第三类是无缆水下无人机，习惯称为自治式水下潜器。相对于航拍领域众多的品牌及种类，水下无人机的产品没那么繁多，因为水下无人机的研发比航拍无人机难太多！鉴于水下可视性远低于空中、水下阻力高于空气阻力，以及海水对于电磁波的衰减作用，水下无人机有不少技术难点。其核心难题包括无人机本体所需的各种材料及技术问题；水下无人机控制问题。
水下无人机是在水中运动的具有六个自由度的刚体，其本身就是一个强耦合的非线性系统；由于在水中运动，水动力（阻力）系数和运动速度的平方成比例；采用螺旋桨推进，推力和螺旋桨转速平方成正比。这一切使得控制问题变得很困难，特别是要求在定点进行作业时，上述原因造成在零速时的“零增益、零阻尼”现象，使得动力定位控制系统的刚度很难满足定点作业的要求。这是一个有待研究的问题。
（9）无人机导航技术
无人机准确地知道自己“在哪儿”“去哪儿”，是在无人机的任何发展阶段都是绕不开的问题。
定位技术主要有以下3种。第一种是GPS载波相位定位，目前正在这方面开展研究的项目有SwiftNavigaTIon公司开发的Piksi、日本东京海洋大学开发的RTKLIB开源项目。第二种是多信息源定位，英国军方BAE最近公布了他们研发的名为NAVSOP的定位技术，该技术将利用包括电视机、收音机、WIFI等等信息定位弥补GPS的不足。第三种是UWB（超宽带）无线定位。
测速技术中目前公认的比较精确的测速方案是通过“视觉（光流）+超声波+惯导”的融合。AR.Drone是最早采用该项技术的多旋翼飞行器，极大提升了飞行器的可操控性，获得了巨大的成功。PX4自驾仪开源项目提供了开源的光流传感器PX4Flow。该传感器可以帮助多旋翼在无GPS情况下精确悬停。大疆公司推出的“悟”和“Phantom3”“Phantom4”同样采用了该项技术。