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无人机市场浅析,兼NV08C、Spatial产品应用

发表 2014/12/05

无人机市场预测

根据美国消费电子协会的预测,2015年,全球民用无人机有望销售出40万架,市场规模

预计会比去年增长55%,达到1.3亿美元。而到2018年,预计全球无人机市场规模将会DJI S1000A2+NV08C-CSMDJI S1000A2+NV08C-CSM

攀升到至少10亿美元。

无人机种类

无人机繁多,没有统一分类方法。按构造分类:固定翼无人机、无人直升机、多旋翼无人机(多数是电动的)、无人飞艇和浮空器(系留气球、氦风筝、自由气球)、扑翼无人机等。

我们根据应用领域与特点分类如下:

1.商业和工业用途专业无人机

要求稳定性好、可靠性高,部分续航时间长。有固定翼、共轴直升机、多旋翼。

动力决定了续航时间。固定翼无人机、共轴直无人升机采用燃油发动机可以续航

45分钟到1个小时以上,乃至10~20小时。多旋翼无人机多采用高倍率锂电池,受电池瓶颈制约,续航能力约20-25分钟。

如植保农业无人机,电力线巡航无人机,警察监控、边境巡航无人机,紧急救援、地质灾害、林业监测无人机,

无人机测绘,油气管道巡航无人机,以及未来作为通信卫星替代提供WiFi服务、通信服务的环球无人机。

民用无人机在精确农业(工业化的农业)、电力线巡航、油气管道巡航的应用,即将突破。

参考价¥3~10万起,乃至数十万。出货量有待提升,潜力巨大。

商业和工业无人机应用领域

(1)农业:农作物监测、农业植保;

(2)测绘:测绘、航空摄影测量。航拍、航测平台需要非常高精度,可用NV08C-RTK实时差分板卡+

TW2707高精度天线,地面基站采用NV08C-RTK+TW3402,NV08C-RTK工作距离10公里;

(3)电力石油:电力巡线(塔)、石油管道巡检。电力与石油巡检无人机搭载的传感器不同,电力无人机

搭载探热传感器,飞行控制器要求抗电磁波干扰能力非常强,石油管道无人机搭载探泄漏气体传感器。 NV08C-RTK-A双天线可以做航向,替代磁罗盘工作;

(4)警用及国土安全:交通巡逻、边境巡视、反恐。飞控要求可靠性高、定位准确;

(5)减灾救灾:灾情监测、应急指挥、地震调查;

(6)气象:大气取样、人工降雨;

(7)国土资源:矿产资源勘探、国土资源开采;

(8)海洋水利环保:海洋环境监测、水资源开发、生态环境保护监测;

(9)林业:森林防火,森林灾害防治、保护区野生动物监测;

(10)城市规划:城市规划、市政管理。

推荐组合:

1. 厘米~分米级位置精度  

NV08C-RTK + TW2410或TW3400 地面站

NV08C-RTK或NV08C-RTK-A +TW2405 无人机

双频NV08C-RTK-M + TW3870或TW3882 地面站

 

双频NV08C-RTK-M + TW3870E或TW3887或TW1829  无人机

 

TW2410约100克重,TW3870E、TW3887(支持北斗B1、B2)重75克,TW1829重37克,TW3882支持北斗B1、B2

对天线重量要求敏感,可以考虑TW1421,仅30克重,但因陶瓷体面积缩小、降低接收信号能力;

TW3400,适合对天线重量不敏感的场合;

如果应用于非常苛刻环境(军用、安保),还可以选用TW3440,增益达40dB。

 

2. 亚米级定位精度

短时间获取<1m定位精度,对专业无人机等很有价值。单点定位或伪距差分。

NV08C-CSM+ TW2405

NV08C-CSM +TW1421

NV08C-CSM v5.0 + TW2705   北斗/GPS/Galileo

NV08C-CSM v5.0 + TW1721       北斗/GPS/Galileo

 

部分市场分析

农业:分为信息采集和植保两个方向,信息采集规模占30%;植保70%左右。UAV喷洒农药UAV喷洒农药

(1)信息采集、估产数据   至少需要建立三年才能形成数据池,是对卫星数据的补充。

客户包括省厅县级农业信息化部门、交易市场以及数据需求单位。主要客户还是农业

信息化部门,更多的依赖只买数据,设备象征性买一些。目前信息采集、估产成本

每亩每季1元,经济作物价值会更高一些,新疆和甘肃已经纳入政府工作体系。

(2)农业植保  目前国家政策偏重于日本模式,机械化耕种,机械化农业,尽量节约

农药和化肥的使用量。人工每亩地使用农药原液3升,无人直升机0.7-0.8升,每亩地

节约2升多农药。使用拖拉机要有机耕道,机耕道不能种作物,造成浪费土地。拖拉机农药费用60元每亩,无人机20元每亩。无人机使用折旧平摊每亩不超过5元,人工遥控

每亩成本15元左右。由于国家没有出台任何的法律法规和行业标准,购买农业保险有

很大的风险。而且目前没有农药专门适合无人机喷洒的,需要开发针对无人机应用的农药。

日本植保无人机目前每年3,000架消耗量(更新量),保有量5000架;中国市场规模如果

达到日本植保无人机的使用规模和频次,保守估算20,000架。

目前,有河南、湖南两省政府补贴农户或农业服务公司购买植保无人机(1-10万/架)。

电力:中国电力行业分为国家电网和南方电网。国网把无人机采购纳入常规体系,集中MicroDrone MD-1000巡视电力线MicroDrone MD-1000巡视电力线

采购集中配发。未来5年要采购6000架无人机,无人多旋翼(居多),包括无人直升机

(较少),固定无人机(最少),总预算超百亿元。无人直升机每架150万元,多旋翼

75-80万元,没有额外服务费,包含服务,培训、检修等技术支持,利润还是非常丰厚。

6000台全部采购之后,飞机巡检将超过30%,飞机巡检中有人机占10-20%,无人机占

80-90%。

电网无人机巡线,主要是巡塔,而不是线路。看塔上的紧固件如铆钉、螺栓等是否发热、缺失等,线路的问题非常少,有巡线机器人和巡逻车足够满足需求了。

电力无人机,面对强电磁波干扰磁罗盘、GNSS传感器,对飞控性能构成很大挑战。

南网控制的区域不大,基本在照搬国网的模式,整个招标的需求、应用的使用方式都是

照国网来的,周期落后一年左右。

多旋翼无人机续航时间短问题,有一个解决方案是沿电力线建设无人机充电桩,无人机

电力不够时自动寻找充电桩,这里涉及自动充电技术待观察。在野外有人巡航情况下,

无人机飞回基站、巡航车充电或更换电池,更方便、可靠。

警用:公安部经费规模20-30亿元,包含整机加服务,服务占一半,飞机占三分之一左右,   警用UAV警用UAV

另外还有团队建设、人员培养费用、地面保障设备购置。爆发点在2015年底2016年初,会形成一定规模,很多指导性文件和行业标准会出台。目前有足够多的预算释放不出来,非常合适的警用无人机产品还处于摸索阶段。2013年9月,新疆买了航天九院8000多万元无人机试点。全国散的采购加在一起量还是很大的。

警用无人机,稳定定位、可靠,选用正确的GNSS模块很关键。推荐NV08C-RTK、NV08C-BRD。

石油巡线:需求在电力的10-20%之间。管道公司、石油的油田公司、炼油公司管理体制有一定复杂性。市场潜力大,但具有不确定性。

测绘领域:飞机服务加销售规模已经形成20-30亿元。受限于测绘法等安全法规以及资质问题,如航空摄影测量需获国家乙级以上资质。

飞控及航空摄影云台,应用RTK技术,可采用NV08C-RTK、NV08C-RTK-A,地面基站

也采用NV08C-RTK、以及配合的RTK天线;也有采用Spatial、Spatial Dual RTK。目前兴起的

倾斜摄影可以替代大飞机(载人机)航摄,获取1:500高精度3D电子地图。

2.消费电子无人机                                                                                                                      

作为航模爱好者、航拍玩家高级玩具。一般多是多旋翼无人机。典型的公司如DJI、3Drobotics。大疆DJI筋斗云S1000、1000+、A2,NV08C-CSM大疆DJI筋斗云S1000、1000+、A2,NV08C-CSM

受电池电力/重量瓶颈限制,航时有限,如25分钟。出货量非常大、远远超过军用和工商专业无人机,价格近年来大大降低,参考价格¥3000~6000。

100家创业团队进入无人机行业。其中,智能手机控制、微型无人机,价格可能还会进一步探底。

另一方面, 作为消费电子产品,安全性、智能化等方面还做得不够。俗称“炸鸡”(砸机)的事件时有发生,飞行器失控坠落,除了飞行器损失,也可能造成地面人员、财物伤害,或误闯敏感区域,如民航机场、军事设施、重要政府机构。

也有团队结合微型无人机飞行器、地面机器人小车与智能眼镜,构成FPV(第一人称主视觉)系统。

可能的市场,如户外驾车、骑行、徒步、登山伴侣,游艇、沙滩(救生)标配。

除了大疆、零度等无人机公司,腾讯、小米也介入消费电子无人机市场。著名的飞控有A2、双子星,筋斗云S1000、S900系列等皆采用NV08C-CSM模块。

3.军用无人机

目前无人机主要市场仍然是军用。高空高速、中远程、长航时、大载荷无人机主要应用于军事领域。美军RQ-4A全球鹰美军RQ-4A全球鹰

如侦察战地、搜索目标、或并具备作战能力(配置火力、导弹)、战地运输。也有微小型“竹蜻蜓”无人机,间谍、侦察用途。如美国全球鹰RQ-4A(最大飞行速度740km/h、巡航速度635km/h、航程26000km,续航时间42小时)、X-47B无人机(航母起降)、

猎鹰高超音速飞行器HTV-2(可携带5吨重的物资,以超过音速5倍的速度在2小时内可抵达世界任何地方)、英国隐形无人飞机“雷电之神”Taranis(BAE系统公司出品)、法国“神经元”无人隐身攻击机、“捕食者”无人机、以色列哈比无人机(IAI Harpy),挪威微型无人旋翼系统黑色大黄蜂(Prox Dynamics公司研制,重量不到20克、旋翼直径为10厘米,安装有微型摄像机,拍摄到的画面能即时传送到手持式控制终端上。采用电池驱动,

能以近乎无声的状态飞行800米、最长连续滞空时间约30分钟)、英军黑色大黄蜂英军黑色大黄蜂

中国翼龙无人机(与捕食者相当)、翔龙、利箭。

中型、大型无人机参考价格¥数百万、千万级起。

无人机技术

无人机的研制和生产涉及到非常多的技术领域,包括飞行器总体设计、空气动力学、材料与结构、动力推进、导航与控制、机载设备、信息处理与传输等多门学科的融合,技术发展的推进难度比较大。其中核心传感器,如GPS/GNSS模块、惯导器件/模块等,其精度决定了飞行品质、安全性等。

 
NV08C-CSM具有非常稳定的性能、亚米级的精度,深受客户喜爱。特别是得到工业级车载产品、中国翼龙中国翼龙

坚固型移动设备、车联网V2V/V2I/ASD(车辆感知预警防碰撞设备)、GIS测绘、海航仪、精确农业、通信基站、无人机厂商等青睐,在这些领域知名企业认可、采用。

其它可选型号,还有:

NV08C-BRD, 已经做好20针UART通信、MCX天线座的板卡;

NV08C-RTK, 已经做好MCX天线座、20针通信(串口)实时差分RTK板卡,RTK精度1cm;

NV08C-MiniPCIe,MiniPCI-E插卡、2个uFL座(母)供有源天线和无源天线使用。

在开始开发、试制前,先可以测试、熟悉NV08C-CSM模块性能,我们提供NV08C-EvK-CSM评估套件

包含测试板(盒子)、测试软件、天线等。可以接收GNSS,包括GPS、北斗、Glonass、Galileo、

日本QZSS、印度IRNSS导航卫星信号,和有效覆盖区域的SBAS卫星信号,获得经纬度、海拔高度

(latitude, longitude and elevation),三维速度velocity vector,以及时间数据。

关于测试方法步骤、测试软件等,可以访问http://www.aitcl.com/products/gnss/nv08c-evk-csm/,

得到详细信息。

NV08C-CSM支持NMEA和二进制(BINR)通信协议。分别采用不同测试软件Storegis、BM-Ctrl。

Storegis能直观显示测试数据图表。

静态测试,如下图伪距差分、RTK实时差分高精度应用:NV08C-CSM提供载波相位观测值<1mm,伪距差分<0.5米,支持原始数据(伪距测距、载波相位测距、多普勒)、RTKlib等。NV08C-CSM提供载波相位观测值<1mm,伪距差分<0.5米,支持原始数据(伪距测距、载波相位测距、多普勒)、RTKlib等。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

动态测试, 1.接收到10颗GPS卫星信号(蓝色)、5颗北斗卫星信号(紫色);

2.各卫星信噪比(以反白字在方柱上标注dB数值);3.NV08C-CSM天线介质从原点(红色点)以低速(步行)划一个正圆后回到终点(白色点),二者相差在1米以内。换句话说,无人机起飞后自主飞行,可以回到起始位置,误差在1米左右。如下图:

NV08C-CSM  v5.0 GPS+北斗测试,划圆回到原点误差约1米NV08C-CSM v5.0 GPS+北斗测试,划圆回到原点误差约1米

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

BM-Ctrl则可以进行详尽测试、能获得所有数据。参考下图:BMControlBMControl

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

NV08C系列  亚米精度卫星导航模块应用

NV08C-CSM是真正的多系统融合定位、高精度,高稳定性、高可靠性。在山区、城市峡谷、NV08C-CSM v5.0 GPS+北斗NV08C-CSM v5.0 GPS+北斗

等卫星信号受限环境,以及信号干扰场合,能最大限度执行任务、满足性能。

无人机有起飞与降落、作业飞行、盘旋、悬停等不同动作。

NV08C-CSM输出数据更新1、2、5、10Hz,用户设置;支持NMEA或二进制协议;开发者可集成

GNSS导航、磁罗盘导航于飞控中;支持多普勒测量,开发者可集成基于GNSS信号与红外雷达/

激光扫描雷达信号的混合算法;可选用内置天线、外置天线、航空天线......

注:1.NV08C亚米定位精度,仅限于悬停、低速,正常飞行速度精度1.1~1.5米。

2.对于强电磁干扰应用场合,我们推荐双天线定向(Heading)板卡NV08C-RTK-A替代传统的         NV08C-RTK-A Heading航向板卡NV08C-RTK-A Heading航向板卡

磁罗盘方案,基于50cm短基线可获得大约0.4度定向精度。

用户通过设置滤波因子(Filtration Factor),适合不同飞行速度情形要求:

1. 悬停及微速,不滤波Filtration Factor = 0.0 ( BINR), = 0 (NMEA),反应微小速度变化、高灵敏,最低程度坐标平滑

2. 低速、自适应,可设置:

Filtration Factor = 1.0(BINR), =10 (NMEA),自适应系数滤波,基于当前卫星DOP(精度因子)和RMS(均方根误差)。

 < 0.7m/s (约2.5Km/h)速度会停止滤波,也推荐给车载导航;

  >0.7m/s速度,自动恢复正常滤波模式。

启动滤波命令: 0Dh(BINR命令),或 $PONAV(NMEA命令); 

这样可以准确反应小速度变化,保持灵敏度。低程度坐标平滑。

3. 上述2 + 停止滤波,

可设置:

Filtration Factor = 2.0(BINR). = 20 (NMEA)。

4. 汽车速度(80-120Km/h)无人机,上述3+ CoG(对地方向)滤波,可设置

Filtration Factor = 3.0 (BINR),=30(NMEA)

 

 普通小型民用无人机,二进制BINR精度因子可设为飞行时1,悬停0。

滤波因子值:BINR二进制 0~10,NMEA 0~100。

NMEA协议设置滤波因子语句:

$ PONAV,х,хх,хх,xx,xxx *hh <CR><LF> 

xxx    Position filter settings(位置滤波设定) – 0 to 100, 0 = the filter is Off (不滤波) 

 

Autonomous Systems (UAV,UAS,USV,UGV,USV)

无人机、无人驾驶车、无人船GNSS天线

Tallysman offers a broad range of precision housed and embedded GNSS antennas which are optimized for use in Autonomous Systems including Unmanned Aerial Vehicles/Systems (UAV & UAS), Unmanned Ground Vehicles (UGVs), Unmanned Surface Vehicles (USVs), and Inertial navigation systems where low weight, small size and low power are absolute requirements. Our technology incorporates Tallysman dual feed Accutenna™ technology which provides a circular response over the entire bandwidth, resulting in excellent cross polarization rejection and superior multi-path signal rejection. The net result is increased accuracy of position.加拿大Tallysman提供各种高精度GNSS天线与内置GNSS天线,经过优化适合多种自动驾驶系统,包括无人机、无人机系统、无人车与无人船,以及惯性导航系统,要求低重量、小尺寸和低功耗。我们的双馈Accutenna技术提供在整个频率的圆形响应,极佳交叉极化抑制和卓越的多路径信号抑制,大大增加定位精度

Tallysman’s Autonomous Systems antennas are un-matched in size, weight, low power and price.独一无二的小尺寸、低功耗、低价格。

Tallysman’s antennas provide:

  • Accutenna™ technology for more accurate positioning独特的Accutenna技术提供更高精度的定位
  • Excellent Multi-Path rejection for superior performance in high reflection environments优异的多路径抑制在高反射环境下性能优越
  • Range of sizes / weights from very compact to mid-sized to suit most every vehicle尺寸/重量范围从非常紧凑到中等,以适合大多数无人机、无人驾驶车、无人船
  • Embedded versions for use in your enclosure (custom tuning available)内置天线,适合客户外壳(可定制调谐)
  • Optional pre-filters to enhance out-of-band signal rejection预滤波可选,增强带外信号抑制
  • Low current antennas to work with battery powered receivers低电流天线适合电池供电接收机
  • Multi-constellation (GPS, GLONASS, Galileo, and BeiDou) coverage to maximize availability of satellite fix多卫星系统(GPS、Glonass、北斗、Galileo)增大卫星定位可用性
  • Wide voltage range to work with virtually every receiver on the market宽电压,真正配合市场上每一台接收机工作
  • Strong electro-static discharge immunity强抗静电能力

Also, please take time to read this article from the September 2015 edition of GeoConnexion International Magazine – Geoconnexion Sept 2015.成功案例

Tallysman’s offers the smallest, lightest, highest performing antennas in their class. We offer a variety of antennas with your choice of constellation coverage, size, mounting method, and are available in OEM or housed versions.在同类天线中最小、最轻、最好性能。提供丰富选择,支持的卫星系统、尺寸、安装方式,OEM或带外壳天线。

Tallysman’s unique Accutenna technology offers low axial ratios and tight Phase Centre Variations (PCV) making them ideal for single and dual frequency RTK systems. Accutenna技术提供低轴比和紧相位误差中心(PCV),是单频、双频RTK系统的理想选择。

Some antennas are also available in a non-magnetic version making them ideal for use in environments where there are sensors which are sensitive to magnetic materials.部分天线有非磁版本,有对磁场敏感的传感器使用环境的理想选择。

Download 下载无人机、机器人、无人驾驶、无人船GNSS天线Tallysman天线产品家族

 

Spatial系列组合导航高端应用

Spatial系列产品,从惯性导航GNSS/INS/AHRS、纯惯性导航INS/AHRS,到多频组合导航GNSS/IMU,有双天线IMU、光纤陀螺仪IMU、双天线光纤陀螺仪IMU等,重量轻 、精度高,性能高、性价比高Spatial惯性导航单元Spatial惯性导航单元

位置精度  自主定位  水平精度 0.8~2.0米,

                              垂直精度1.5~3.0米,

               DGNSS、SBAS   0.5~0.6米,

               RTK          水平精度 8毫米,

                                垂直精度 1.5厘米 Spatial DualFOG双天线光纤陀螺IMUSpatial DualFOG双天线光纤陀螺IMU

航向精度                   0.2~0.01度;

延时                         0.4毫秒。

适合高精度定位、高精度云台,如执行航测、侦察、监控等任务。

 

参考视频: 俄罗斯Asta采用NV08C-RTK作为飞控GNSS模块,获得非常高的水平、高程精度(地面站支持)。

    YouTube: http://www.youtube.com/watch?v=5TgK1V6AMzY

    优酷(中国内地客户路径)http://v.youku.com/v_show/id_XMTI5NjE0MjI2NA==.html

俄罗斯Asta小型四轴旋翼直升机(以下称UAV),2015年7月25日莫斯科。采用NV08C-RTK卡精确定位,有基站支持。NV08C-RTK在参考信息源支持下可输出1CM的高精度。
4x倍速播放。悬停,UAV几乎不动、静静依靠在小树旁。来点节奏感,天顶白云飞翔,地上UAV跳舞。
好,试下给UAV施加外力。水平拽、水平推、往上顶、垂直拽,都会在飞控的校准下自动恢复原位置。
为了节省时间,10x倍速播放。UAV放飞,花式飞、垂直高飞、圆圈盘旋,最后都能飞回到小树位置。距离小树小于10cm,把小树当作家,试下一键回“家”。飞远、飞高,然后按下Home键,UAV自主飞回到小树位置。垂直精度很高:)
NV08C-RTK适合UAV航拍、倾斜摄影、测绘,以及警察、公共安全UAV,国土巡视UAV,机械协同作业,精准农业,智能机器人,基站授时、时间同步等领域。
此外,NV08C-RTK-A为双天线高精度卡,除了提供1CM位置精度(1 RMS),还可以1m短基线(2个天线相位中心距离1米)提供航向精度为0.2度。在电力巡航UAV应用,可以完全替代磁罗盘,不受电磁干扰影响。对其它UAV,一键返航可靠性大大提高。

(本博综述。文中部分观点、数据来自网络,致谢原创者)