无人飞机革命:会飞的智慧手机

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  前言
  拜智能手机产业之福,无人飞机技术的摩尔定律正不断加速,如同个人电脑在70年代诞生并崛起一样,人类正进入无人飞机时代。
  何谓无人飞机?这个定义多年来一直在不断演变,今时今日意指航空器能够自主飞行,故可在两点之间完成任务,目前仍以全球定位系统导航,不过很快就可能由其它感应装置取而代之。传统无线电控制的飞机必须由人类导航,气球与弹道飞弹则为无人操纵载具,而无人飞机又称为无人飞行载具(UAV)或无人飞行系统(UAS),通常包括地面系统零件,还能够负重,至少可装载摄影机、其它感应器,以及传输数据回到基地的无线方式。
  颇具盛名的要数价值1.4亿美元的全球之鹰无人侦察机了,其不断盘旋在阿富汗上空,将影片传送给位于美国加州的空军情报分析师。但克里斯·安德森的孩子每周末操纵的价值500美元(约3170元人民币)的泡绵飞机,也符合无人飞机的定义。
  两者皆具备精密计算机自动导航系统、高分辨率摄影机、影片与遥测无线数据传输系统、地面站备有显示器与实时影像、任务步骤分解说明、重复播放任务影像记录。主要差异在于,全球之鹰侦察机可在两万米的高空航行32小时,而安德森的自制飞机只能在130米左右的高度航行30分钟,虽然没有高海拔光学系统,但因为距离相近,能用肉眼清楚看见机身上的执照号码。
  无人飞机其中的一大要素为自动驾驶,这项技术首见于1930年代,做为飞行辅助装置,起初自动驾驶只是维持飞行高度,结合气压计、罗盘与机械回转仪(机械飞轮及模拟电力输出),让驾驶设定方向与高度后可稍事休息,飞机将继续直行,直至接到下个指令;推广至商用喷射机后,驾驶员能设定航行点,自动驾驶系统即可在整个航程上运作;至90年代初期,航天科技连起降都能使用自动驾驶功能,不过美国联邦航空局仍要求民用飞机以人员控制降落。
  时至今日,自动驾驶所需的感器装置价格均大幅降低,尺寸也大幅缩小,回转仪测量回转速度,磁力计功能如同数字罗盘,气压计能藉由大气压力计算高度,加速度计能测量重力,这些功能如今全都置于小型芯片内,只要在电器材料商场即可买到;有些最新式感应装置结合三轴加速度计、回转仪与磁力计(共有9个芯片),再加上温度表及处理器,做成一套系统,要价仅约115元人民币。
  自动驾驶的中枢为内建计算机(单片微机),可依据所有感应装置接收信息,无人飞机拜智能型手机之赐,经历更巨大的变化。
  原本桌上型计算机因为图像式接口,需要更强大的运算能力,而iPhone证明了消费者期望触控式屏幕的视觉接口更平顺、更快速,人们对手机也产生相同的运算需求。但这些迷你超级计算机与桌上型计算机不同,耗费电量必须愈低愈好,研发趋势因此转向超高效能的“精简指令集”架构,也让英国芯片设计商ARM目前称霸单芯片产业,提升智能型手机与平板计算机效能;这种芯片对无人飞机再适合不过,处理器迅速又省电,不再只是遵从预先设定的任务内容,而可开始自行思考。
  智能型手机与无人飞机的关联,也不仅止于处理器,今日一般智能型手机内部,均拥有整套精密的惯性感应装置,可用于侦测位置,亦广泛用于游戏、地图、扩增实境等功能;因为手机需要高像素摄影机,带动影像捕捉芯片产生类似革命,并应用于无人飞机;手机拥有的更小、性能更佳的全球定位系统,也让无人飞机受惠,全球定位系统在1990年代价格动辄数万美元,如今最低只需10美元,产品也缩小至拇指大;无线电波模块、内存、电池等零件的发展历程亦然。
  简而言之,新一代小型廉价无人飞机形同会飞的智能型手机,自动驾驶电子设备也与手机内部构造日益相似,只是运作软件有别,庞大手机产业规模经济创造的技术与经济优势十分惊人,各位若想了解个人无人飞机革命为何在此刻发生,只要看看口袋里的手机即可。 (编辑:刘思博)
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