无人机是低空经济支柱产业,低空飞行的主要载体即是无人机。目前我国无人机政策日益完善,产业链 条日益完备,为低空经济发展提供基础条件。随着空域、航线规划进一步落实,现有农林牧渔、测绘、 应急等主要应用需求将进一步释放,城市物流、载货、载人等新型应用场景也将拓宽。无人机产业链将 是低空经济发展核心受益环节。
循着以上整体发展趋势,我们对低空经济产业链条下的无人机发展情况进行梳理。首先,我们将对无人 机行业概况、产业政策、市场难点与技术突破等基础点进行基本面梳理。而后将对无人机产业链情况、 相关企业进行分析。其次,我们还将对无人机行业的市场空间进行展望,以帮助大家从当下现状到后续 发展情况,更进一步了解国内无人机行业发展相关问题。
无人机优势明显,应用广泛
无人机(UAV)是指不搭载操作人员,能够自主、自动或遥控飞行,可一次性或多次重复使用的有动力 航空器。无人机主要分为军用和民用两种类型,其中民用无人机又可分为工业级无人机与消费级无人机,主要用 于摄影、灯光表演、巡查等场景。无人机相比有人机优势明显,应用广泛。无人机因其自身的优越性能, 可以在超低空和超高空长时间盘旋,活动空间和范围更为广阔。与有人战机相比,军用无人机具有体积 小、重量轻、造价低、零伤亡、使用限制少、隐蔽性好、效费比高等突出特点。现代军用无人机的任务 范围由传统的空中侦察、战场观察和毁伤评估等扩大到战场抑制、对地攻击、拦截巡航导弹、空中格斗 等领域,应用更加广泛。
产业链分析
1、无人机系统是复杂的系统工程,产业链较长,中游制造是产业制高点
无人机系统产业链上游为无人机设计研发、关键原材料和关键电子零部件的生产环节,其中关键原材料 有金属材料和非金属两大类,包括钛合金、铝合金、玻纤和碳纤维等材料,关键电子零部件包括芯片、 板卡、电机、电池等。
无人机系统产业链中游为无人机系统集成制造环节,关键分系统包括飞行平台系统、地面系统和任务载 荷系统三个方面,是无人机系统制造的核心部分。飞行平台系统包含动力系统、导航系统、飞控系统、 通信系统和机体制造等环节,是无人机完成起飞、空中飞行、执行任务和返场回收等过程的核心系统。 任务载荷系统包括摄像机、雷达、传感器等系统,是无人机功能实现的载体。地面系统包括遥测检测、 地面监控、数据处理和起降等系统,是整个无人机系统的指挥中心。
无人机系统产业链下游是无人机的应用场景,无人机可应用于军用侦察、军用攻击、航空拍摄、灯光表 演、农林植保、灾难救援、物流运输、电力巡检、地理测绘等领域。无人机产业的制高点在于“中游制造”,尤其是对飞控系统、通信系统、动力系统、地面系统以及任务 载荷的卡位,是企业的核心竞争力所在。
2、飞控系统:无人机的“大脑”
无人机飞行控制系统(Flight control system)简称飞控,主要由陀螺仪(飞行姿态感知)、加速计、 地磁感应、气压传感器(悬停控制)、GPS 模块(选装)以及控制电路组成。飞控最基本的功能就是在 飞行过程中,分析各个传感器采集的数据,自动保持飞机的正常飞行姿态。多轴飞行器的飞行、悬停,姿态变化等都是由多种将飞行器本身的姿态数据传回飞控,再由飞控通过运算和判断下达指令,由执行 机构完成动作和飞行姿态调整。无人机飞控系统是在有人机载飞控设备基础上继承与发展而来。
早在 60 年代,自动驾驶仪功能进一步 提高,并扩展成为飞行控制系统,产生了随控布局飞行器设计新思路。70 年代,电传操纵系统和数字式 飞行控制系统出现,交联与飞机上其他系统,成为主动式的飞行控制系统。80 年代以后,飞行控制系统 与导航系统、火控系统、推进系统等融合,使其服务于各系统,协调各系统工作,以使各系统更加协调, 出色的完成指令任务。
在飞控系统控制下无人机可完成悬停、垂直运动、翻滚运动及俯仰运动等动作。无人机若要实现安全稳定的起降,必须满足飞行、感知、交互三个层次,通过自身的传感器感知周围的 环境,识别信息并进行数据智能化处理,规划飞行任务路线,最终成功实现自主飞行。未来无人飞控系 统智能化程度将进一步加深,将朝着软件模块化、系统终端化、数据可视化、硬件 SOC 化发展,以实现 全自主控制,同时将在自动巡航、自主飞行、群体作业等关键技术上取得新进展。当前无人机整机厂商/院所基本都有飞控系统设计制造能力,同时也涌现出很多第三方飞控系统设计公 司和研究所。
3、通信链路:无人机与地面指挥系统联系的纽带
信息传输分系统是无人飞行器与地面控制系统进行数据传输的通道。依据空地间传输方向,通信链路可 分为上行链路和下行链路。上行链路主要负责地面站发送遥控指令、无人机对其进行接收的过程,有效 保证地面控制站实时保持与无人机空中平台的联系,遥控、跟踪无人机的状态、飞行轨迹、任务载荷情 况。下行链路主要负责无人机发送数据、图像,地面站对其进行接收的过程,有效保证无人机要将任务 实施的情况与结果传送回地面站。而无人机通信链路需要解决远距离传输能力、宽带传输能力,需要具 有低功耗、低误码率、高灵敏度和高抗干扰能力。
地面测控分系统是无人机系统指挥中心。无人机地面控制站的基本功能是通过任务规划、飞行管理、载 荷管理、链路监控、信息预处理、数据记录和回放等功能,实现对无人机、链路设备、有效载荷等的实 时监视与控制。无人机虽然没有飞机上驾驶员,但仍无法离开人的参与控制,通过地面测控系统,人有效指挥无人机,协调各分系统,完成制定任务目标。对于军用无人机,地面站还需要具有低截获概率、 抗欺骗性、防反辐射攻击能力,以及提供数据加密功能等。由于不同类型的无人机重量、平台体积、工作特性均不相同,使得用于控制和回传数据的数据链性能及 特点也不相同。
对抗与干扰是电子战的核心手段。无人机数据链系统一方面要面临着来自敌方的恶意干扰,包括欺骗性 干扰信号和压制性干扰信号,另一方面又要面临着本方有用信号由于多径衰落造成的码间串扰和多用户 干扰等情况。经过技术的迭代,目前可以通过扩展频谱通信、自适应技术、信道编码等手段来实现高速、 可靠地信息传输。 国内通信系统相关提供商包括中电科 10 所、七一二、海格通信、盟升电子、烽火电子等。
4、任务载荷:无人机作战装备的重要一环
军用无人机的任务载荷系统通过与地面控制站信息交互,可实现目标信息获取、协同指挥/控制,完成 侦察、空空作战、精确打击等作战任务。任务载荷系统包括侦察监视类载荷、通信类载荷、电子对抗类 载荷、靶标设备类载荷、武器弹药类载荷等,呈现出复杂化、多任务、智能化等发展趋势。
5、动力系统:无人机的心脏,军工央企和民营企业共发展
动力系统指的是发动机和辅助装置,此处对发动机展开论述。无人机发动机可分为涡扇发动机、涡喷发 动机、活塞发动机、涡轴发动 机及电动机几大类。目前,我国无人机推进装置主要以活塞和燃气涡轮 发动机为主,低油耗大推力的涡扇发动机可适应长航时高过载的需求,是未来无人机发动机的主要发展 趋势。
6、复合材料:对结构轻质化、小型化和高性能化起关键作用
复合材料是由两种或两种以上不同性能、形态的材料,通过复合工艺组合而成的新型材料。复合材料在 继承原有材料的主要特征的基础上,也能够通过复合效应克服单一材料缺陷,提升整体性能。 目前无人机上使用以碳纤维为主的复合材料,约占结构总质量的 60%-80%,对无人机结构轻质化、小型 化和高性能化起到了至关重要的作用。无人机主要应用的复合材料包括碳纤维复合材料、玻璃纤维复合 材料和树脂复合材料。采用碳纤维复合材料开发的吸波涂层,以及对采用碳纤维复合材料的机身外形进 行减少电磁波反射的优化设计。
7、地面站系统:与无人机相配套,是无人机的地面操控中心
地面站是集实时采集分析遥感数据、定时发送遥感指令、动态显示飞行状态等功能于一体的综合系统。 地面控制站包括指挥控制站、视距链路地面站、卫通链路地面站。地面站作为无人机的操控中心,在无 人机执行任务的各阶段保障飞行安全和任务成功执行,同时作为无人机系统的数据交互中心,实现无人 机系统融入指挥信息系统。 通常无人机系统销售与地面站系统销售,搭配比例为 1:1 或更多。在大型固定翼长航时无人机系统领域, 无人机系统中指挥控制站与飞机平台的搭配具有一定的灵活性,不同的无人机系统在技术上能够实现地 面控制站对无人机平台的 1 对 1 甚至 1 对多的同时控制。例如,根据中无人机公告,销售订单中指挥控 制站与无人机平台的搭配比例介于 1:1 到 1:4 之间,个别合同无指挥控制站。