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摘 要：本文根据无人机特性介绍了不同类型的无人机并将其优缺点进行了对比。讲述了多旋翼无人机的结构组成要素并且详细地介绍了它在不同场景中的用途。最后，根据多旋翼无人机整体的对本文作出了相应的总结。
关键词：多旋翼无人机 无人机应用 无人驾驶技术
Features and Applications of Multi-rotor UAV
Chen Youpeng Li Lei Lai Liusheng Chen Jinwen Jiang Chao
Abstract：This article introduces different types of drones according to their characteristics and compares their advantages and disadvantages. It describes the structural elements of the multi-rotor UAV and introduces its use in different scenarios in detail. Finally， based on the overall multi-rotor UAV， a corresponding summary is made.
Key words：multi-rotor UAV， UAV application， unmanned driving technology
1 引言
飞行曾经是鸟类独有的一种生存能力之一。然而，自从人类发明了飞行器以来，这种“曾经”被打破了，飞行不再为鸟类生物所独有了，人类也可以借助外物展示飞行技巧。最近20多年来，随着无人驾驶技术在飞机领域中不断地发展，人类又迎来了飞行史上的一个巨大突破——即无人机技术[1]。无人机技术是一种以无线电遥控或由自身程序控制为主的不载人飞机技术。根据飞行平台的不同，无人机可分为多旋翼无人机，固定翼无人机，直升无人机，和其他无人机。为了更好地认识和理解这种新的技术，本文将根据多旋翼无人机特性，浅谈一下对多旋翼无人机的认识。
2 多旋翼无人机的优缺点及其特性
无人机根据飞行平台的不同可分为多旋翼无人机，固定翼无人机，直升无人机，和其他类型无人机[2]。固定翼无人机类似于普通民航的客机，其特点是载重量大，续航时间长，而且制作成本低，技术要求少。然而固定翼无人机受场地的局限性很大，无法有效的悬停，因此很难应用于民用无人机领域。直升无人机类似于直升机，受场地影响较少，可以有效悬停，并且载荷和航程也比较好，然而直升无人机具有结构性的缺陷，故障频发，而无人机又无法像载人直升机一样有专业人员进行有效控制，导致它十分脆弱，难以操纵。而多旋翼无人机不仅可以自由悬停，而且成本也不高，可以实现有效控制。然而，最大的缺点是其载荷小，续航时间多，使用普通的锂电池通常一次充满电耗费一小时时间仅能满足半小时的飞行任务，这是最大的短板。即便如此，综合以上多方面的因素考虑，多旋翼无人机仍然是目前民用无人机的首选。
3 多旋翼无人机系统的组成要素
多旋翼无人机是一种无人驾驶可以自主飞行的飞行器，系统主要由机架机身、动力系统、飞行控制系统、遥控系统、辅助设备系统五部分组成。
1.机架机身指的是是无人机本身的组成材料。无人机的的材料一般选用轻质高强的材质为主。如树脂，玻璃纤维，铝合金等。无人机的支架数量指的是无人机旋翼数量。如三支架的无人机即为三旋翼无人机。一个好的无人机的设计需要无人机的各个元器件巧妙搭配，安装合理，使得整体稳定，利于飞行。
2.动力系统指的是无人机中驱使无人机进行飞行提供能源的部件。常见的有油动和电动二种设计。目前主流的设计方案皆是以电动为主。电动无人机有电机，电调和电池三部分。次啊用的能源基本上以锂电池为主的供能方案。由于无人机自重太大不利于飞行，所以通常锂电池不敢做的太大。一般500g的锂电池充能一小时，可以为无人机提供半小时的飞行动力。
3.飞控系统指的是无人机的飞行控制系统[3]。在无人机自主飞行这段时间，将由飞控软件提供对无人机飞行的控制操作，以保障整个无人机飞行过程中定位导航，数据记录以及飞行安全。飞控系统包括了飞控软件，主控芯片以及飞行控制器，加速器，气压计，传感器以及地磁仪等等用于定位，飞行，数据记录以及飞行控制的设备。飞控系统是无人机中最重要的一环，决定了无人机飞行的质量。
4.遥控系统是无人机中用于遥控的设备。主要由遥控器、接收器、解码器、伺服系统组成。这些配置使得当无人机需要人为进行操作的时候，给予了相应的人工操作权限。对无人机进行远程遥控的方法如下：通过遥控器发射信号给无人机上的接收器。接收器接收到信号以后会进行解码，随后，伺服系统将会根据解码的内容执行相应的操作。
5. 辅助设备系统是无人机核心设备以外的的其他设备。如云台，相机，图像传输系统。云台在无人机上的作用是十分重要的[4]，它有三个自由度。无人机在飞行的时候难免会出现颠簸和抖动，当抖动发生的时候，云台会根据抖动的方向配合陀螺仪施加一个相反的作用力。使得无人机保持平衡，不会颠簸。这对无人机飞行摄影来说意义重大。只有满足了这个前提，无人机才能实现航拍的功能。有了相机和无线图像传输系统的配合，无人机就可以在飞行中进行拍摄的作业，并把图像实时传送给远程接受图像的电脑。
4 多旋翼无人机的应用
多旋翼无人机可以说是无人机应用的领域的大热门[5]。在个人消费领域，个人可以通过使用多旋翼无人机进行个人摄影，并且无人机的使用可以让拍出来的照片达到意想不到的角度，例如拍摄几百层的高塔或者大楼，去海边拍摄长长的海岸线和海浪，甚至夜间潜行到地下隧道深处。只有使用无人机才可以自由通行和飞跃各种不同的角度和位置来获取所需的图片。无人机另外一个大市场是无人机类的玩具。这些科技感十足的小玩意也成为孩子们的新宠，通常一个不到千元的价格，就可以拥有一个自动追踪自动返航，自由拍摄的“大黄蜂”，这些产品不仅丰富了孩子们的想象力，满足了他们对当今“时髦”科技的好奇心，并且激期了他们在探索科学的兴趣，因此深受学龄儿童的喜爱。在工程应用领域，多旋翼无人机作用更加强大。以前，人在森林中行走，对于烟头，火柴等物件都要额外注意。这些小物件很可能一不小心就会带来牢狱之灾。往往天干低燥的时候，一点点小小的火苗就会引来森林大火。如今，随着无人机的发展，森林火灾已经不多见了，并且火宅产生的损失也会尽可能地降至最低。因为如遇森林火宅，无人机将会代替人类深入森林重地进行高空灭火，他们举办娴熟的技术（专业的救火程序），精湛的技艺（高性能芯片）将会在火宅中大显身手。并且再也不用担心救援人員出现“生命危险”了。种植农作物，多旋翼无人机也是一把好手，它可以进行农药高空喷撒，而且可以完全按照要求均匀喷射，不必担心少喷或者多喷的情况发生。在文体娱乐中，无人机还可以同步实时转播节目，如一些体育赛事，激烈碰撞的体育赛事往往人类摄影师无法第一时间捕捉精彩镜头，然而通过多布置多个不同的无人机在不同的角度同步拍摄，总是能查漏补缺，稍加处理，总是能捕捉到许多细节，把握经常瞬间。在地图测绘方面，无人机显然更强，与它相比，又有谁能观察与拍摄出最真实的地理地貌，并把它按照一定的比例转化成地图做的更出色呢？在军事中，无人机通常可以昼伏夜出，执行侦察，破坏和电子对抗的任务[6]。甚至无人机的出现，就是源于一个军事上的天才设想，谁能想到战场上无人机突然袭击敌方侧翼，投掷大量弹药毁坏重要军事据点，即便不幸丧命，损失也不过是一些“废铁”罢了，这个伟大的创意正是无人机被发明出来使用的源动力[7]。如果无人机在战争中得以大量使用，未来战争的格局都将被改变。
5 总结
无人机是当今社会一个大热门。不仅仅是因为其功能强大，可以实现功能，满足社会的需求，更是因为它替代的主体是“人”，所以可以深入险地，进行危险作业，而不用担心安全问题出现人员损失，产生后顾之忧。多旋翼无人机由于其自由悬停，价格相对低廉，控制方便的特点，成为一般无人机的首选[8]。然而目前多旋翼无人机最大的缺点是续航的问题，如果这个问题能解决，无人机未来的市场必将大放光彩。
参考文献：
[1]楼旭明，张程锦，唐影. 基于专利分析和TRIZ理论的无人机技术态势研究[J]. 情报杂志，2020，039（002）：56-62.
[2] 赵旭. 一种倾转旋翼固定翼无人机的设计[J]. 电子技术与软件工程，2019，000（002）：81-81.
[3] 张合军. 基于SCADE的无人机飞行控制系统软件设计[D]. 南京航空航天大学，2007.
[4] 王琪，焦金戈. 多旋翼无人机发展与在通信领域中应用[J]. 互联网天地，2019（5）.
[5] 车玉涵，刘富，康冰. 基于云台相机的四旋翼无人机跟踪控制系统[J]. 吉林大学学报（信息科学版），2019，37（03）：58-65.
[6]罗贺，秦英祥，王国强，等. 一种无人机侦察能力评估模型[J]. 火力与指挥控制，2016，v.41;No.251（02）：7-12.
[7] 秦博，王蕾. 无人机发展综述[J]. 飞航导弹，2002（08）：4-10.
[8] 马鸣宇，董朝阳，马思迁，等. 基于SO（3）的多四旋翼无人机编队协同控制[J]. 控制理论与应用，2018，035（009）：1229-1238.
关键词：多旋翼无人机 无人机应用 无人驾驶技术
Features and Applications of Multi-rotor UAV
Chen Youpeng Li Lei Lai Liusheng Chen Jinwen Jiang Chao
Abstract：This article introduces different types of drones according to their characteristics and compares their advantages and disadvantages. It describes the structural elements of the multi-rotor UAV and introduces its use in different scenarios in detail. Finally， based on the overall multi-rotor UAV， a corresponding summary is made.
Key words：multi-rotor UAV， UAV application， unmanned driving technology
1 引言
飞行曾经是鸟类独有的一种生存能力之一。然而，自从人类发明了飞行器以来，这种“曾经”被打破了，飞行不再为鸟类生物所独有了，人类也可以借助外物展示飞行技巧。最近20多年来，随着无人驾驶技术在飞机领域中不断地发展，人类又迎来了飞行史上的一个巨大突破——即无人机技术[1]。无人机技术是一种以无线电遥控或由自身程序控制为主的不载人飞机技术。根据飞行平台的不同，无人机可分为多旋翼无人机，固定翼无人机，直升无人机，和其他无人机。为了更好地认识和理解这种新的技术，本文将根据多旋翼无人机特性，浅谈一下对多旋翼无人机的认识。
2 多旋翼无人机的优缺点及其特性
无人机根据飞行平台的不同可分为多旋翼无人机，固定翼无人机，直升无人机，和其他类型无人机[2]。固定翼无人机类似于普通民航的客机，其特点是载重量大，续航时间长，而且制作成本低，技术要求少。然而固定翼无人机受场地的局限性很大，无法有效的悬停，因此很难应用于民用无人机领域。直升无人机类似于直升机，受场地影响较少，可以有效悬停，并且载荷和航程也比较好，然而直升无人机具有结构性的缺陷，故障频发，而无人机又无法像载人直升机一样有专业人员进行有效控制，导致它十分脆弱，难以操纵。而多旋翼无人机不仅可以自由悬停，而且成本也不高，可以实现有效控制。然而，最大的缺点是其载荷小，续航时间多，使用普通的锂电池通常一次充满电耗费一小时时间仅能满足半小时的飞行任务，这是最大的短板。即便如此，综合以上多方面的因素考虑，多旋翼无人机仍然是目前民用无人机的首选。
3 多旋翼无人机系统的组成要素
多旋翼无人机是一种无人驾驶可以自主飞行的飞行器，系统主要由机架机身、动力系统、飞行控制系统、遥控系统、辅助设备系统五部分组成。
1.机架机身指的是是无人机本身的组成材料。无人机的的材料一般选用轻质高强的材质为主。如树脂，玻璃纤维，铝合金等。无人机的支架数量指的是无人机旋翼数量。如三支架的无人机即为三旋翼无人机。一个好的无人机的设计需要无人机的各个元器件巧妙搭配，安装合理，使得整体稳定，利于飞行。
2.动力系统指的是无人机中驱使无人机进行飞行提供能源的部件。常见的有油动和电动二种设计。目前主流的设计方案皆是以电动为主。电动无人机有电机，电调和电池三部分。次啊用的能源基本上以锂电池为主的供能方案。由于无人机自重太大不利于飞行，所以通常锂电池不敢做的太大。一般500g的锂电池充能一小时，可以为无人机提供半小时的飞行动力。
3.飞控系统指的是无人机的飞行控制系统[3]。在无人机自主飞行这段时间，将由飞控软件提供对无人机飞行的控制操作，以保障整个无人机飞行过程中定位导航，数据记录以及飞行安全。飞控系统包括了飞控软件，主控芯片以及飞行控制器，加速器，气压计，传感器以及地磁仪等等用于定位，飞行，数据记录以及飞行控制的设备。飞控系统是无人机中最重要的一环，决定了无人机飞行的质量。
4.遥控系统是无人机中用于遥控的设备。主要由遥控器、接收器、解码器、伺服系统组成。这些配置使得当无人机需要人为进行操作的时候，给予了相应的人工操作权限。对无人机进行远程遥控的方法如下：通过遥控器发射信号给无人机上的接收器。接收器接收到信号以后会进行解码，随后，伺服系统将会根据解码的内容执行相应的操作。
5. 辅助设备系统是无人机核心设备以外的的其他设备。如云台，相机，图像传输系统。云台在无人机上的作用是十分重要的[4]，它有三个自由度。无人机在飞行的时候难免会出现颠簸和抖动，当抖动发生的时候，云台会根据抖动的方向配合陀螺仪施加一个相反的作用力。使得无人机保持平衡，不会颠簸。这对无人机飞行摄影来说意义重大。只有满足了这个前提，无人机才能实现航拍的功能。有了相机和无线图像传输系统的配合，无人机就可以在飞行中进行拍摄的作业，并把图像实时传送给远程接受图像的电脑。
4 多旋翼无人机的应用
多旋翼无人机可以说是无人机应用的领域的大热门[5]。在个人消费领域，个人可以通过使用多旋翼无人机进行个人摄影，并且无人机的使用可以让拍出来的照片达到意想不到的角度，例如拍摄几百层的高塔或者大楼，去海边拍摄长长的海岸线和海浪，甚至夜间潜行到地下隧道深处。只有使用无人机才可以自由通行和飞跃各种不同的角度和位置来获取所需的图片。无人机另外一个大市场是无人机类的玩具。这些科技感十足的小玩意也成为孩子们的新宠，通常一个不到千元的价格，就可以拥有一个自动追踪自动返航，自由拍摄的“大黄蜂”，这些产品不仅丰富了孩子们的想象力，满足了他们对当今“时髦”科技的好奇心，并且激期了他们在探索科学的兴趣，因此深受学龄儿童的喜爱。在工程应用领域，多旋翼无人机作用更加强大。以前，人在森林中行走，对于烟头，火柴等物件都要额外注意。这些小物件很可能一不小心就会带来牢狱之灾。往往天干低燥的时候，一点点小小的火苗就会引来森林大火。如今，随着无人机的发展，森林火灾已经不多见了，并且火宅产生的损失也会尽可能地降至最低。因为如遇森林火宅，无人机将会代替人类深入森林重地进行高空灭火，他们举办娴熟的技术（专业的救火程序），精湛的技艺（高性能芯片）将会在火宅中大显身手。并且再也不用担心救援人員出现“生命危险”了。种植农作物，多旋翼无人机也是一把好手，它可以进行农药高空喷撒，而且可以完全按照要求均匀喷射，不必担心少喷或者多喷的情况发生。在文体娱乐中，无人机还可以同步实时转播节目，如一些体育赛事，激烈碰撞的体育赛事往往人类摄影师无法第一时间捕捉精彩镜头，然而通过多布置多个不同的无人机在不同的角度同步拍摄，总是能查漏补缺，稍加处理，总是能捕捉到许多细节，把握经常瞬间。在地图测绘方面，无人机显然更强，与它相比，又有谁能观察与拍摄出最真实的地理地貌，并把它按照一定的比例转化成地图做的更出色呢？在军事中，无人机通常可以昼伏夜出，执行侦察，破坏和电子对抗的任务[6]。甚至无人机的出现，就是源于一个军事上的天才设想，谁能想到战场上无人机突然袭击敌方侧翼，投掷大量弹药毁坏重要军事据点，即便不幸丧命，损失也不过是一些“废铁”罢了，这个伟大的创意正是无人机被发明出来使用的源动力[7]。如果无人机在战争中得以大量使用，未来战争的格局都将被改变。
5 总结
无人机是当今社会一个大热门。不仅仅是因为其功能强大，可以实现功能，满足社会的需求，更是因为它替代的主体是“人”，所以可以深入险地，进行危险作业，而不用担心安全问题出现人员损失，产生后顾之忧。多旋翼无人机由于其自由悬停，价格相对低廉，控制方便的特点，成为一般无人机的首选[8]。然而目前多旋翼无人机最大的缺点是续航的问题，如果这个问题能解决，无人机未来的市场必将大放光彩。
参考文献：
[1]楼旭明，张程锦，唐影. 基于专利分析和TRIZ理论的无人机技术态势研究[J]. 情报杂志，2020，039（002）：56-62.
[2] 赵旭. 一种倾转旋翼固定翼无人机的设计[J]. 电子技术与软件工程，2019，000（002）：81-81.
[3] 张合军. 基于SCADE的无人机飞行控制系统软件设计[D]. 南京航空航天大学，2007.
[4] 王琪，焦金戈. 多旋翼无人机发展与在通信领域中应用[J]. 互联网天地，2019（5）.
[5] 车玉涵，刘富，康冰. 基于云台相机的四旋翼无人机跟踪控制系统[J]. 吉林大学学报（信息科学版），2019，37（03）：58-65.
[6]罗贺，秦英祥，王国强，等. 一种无人机侦察能力评估模型[J]. 火力与指挥控制，2016，v.41;No.251（02）：7-12.
[7] 秦博，王蕾. 无人机发展综述[J]. 飞航导弹，2002（08）：4-10.
[8] 马鸣宇，董朝阳，马思迁，等. 基于SO（3）的多四旋翼无人机编队协同控制[J]. 控制理论与应用，2018，035（009）：1229-1238.