1.4　技术进步促使无人机突破性发展

● 从陀螺仪到卫星定位

对无人机来说，它要做的不仅仅是飞上天，更重要的是需要具备执行各种性质的任务的能力。要完成这些指定的任务，无人机首先得完成准确的飞行。这里所说的“准确”，一方面是要求无人机能够准确地按照指令进行机动飞行，另一方面则是指无人机必须准确地了解自己所处的空间位置，并反馈给指挥站。

20世纪90年代以前，无人机所使用的自动驾驶仪只能依靠自身的惯性测量仪定位。惯性测量仪包括机械陀螺仪、与陀螺仪连接的磁罗盘和压力传感器。整个飞行过程中，惯性测量仪使用陀螺仪来测量物体的加速度和角速度，并用计算机来连续估算运动物体位置、姿态和速度。但是，除了机械本身具有可靠性问题之外，惯性测量仪体积大而笨重，并可能有一些误差，随着飞行时间加长，误差会越来越大，飞行的准确度会降低。

1995年，全球卫星定位系统（GPS）的到来改变了这种局面。此后，飞机可以用指甲大小的天线接收卫星发出的信号，即时定位自身的位置。该系统的工作原理是：通过多颗人造卫星组成的卫星群，比如用24颗人造卫星组成的全球卫星定位系统、俄罗斯的格洛纳斯（GLONASS）全球卫星导航系统、欧洲伽利略（GALILEO）卫星导航系统以及中国的北斗卫星导航系统，接收信号，然后通过GP6特定的通道传输到GPS上。

为了准确定位，无人机必须接收至少四颗人造卫星发出的信号，如果能接收到六颗或更多人造卫星发出的信号，则会提高定位的精确度。这种技术起初由美军研发，提供给公众的卫星信号被故意降低了精确度，其误差被控制在100米左右。在2000年5月，美国总统克林顿决定停止人为降低精确度的做法后，卫星定位技术才真正开始蓬勃发展。现在，定位的精确度在10米以内，随着发射信号的卫星数量增多，精确度仍在进一步提高。

● 电子元件取代机械组件

传统的机械结构组件在无人机上使用了几十年，比如早期无人机使用的机械结构陀螺仪、加速计或者其他传感器。这类组件本身需要精密的做工和精确的组装，因此在几十年的发展过程中一直很难实现小型化，直到微机电元件出现。

以陀螺仪为例，微机电陀螺仪不同于完全依靠机械力的老式陀螺仪，其核心元件是一个经过微加工的机械元件，利用科里奥利力原理把角速率转换成特定感应结构的直向位移，进而取得变化量的信息。它的准确程度要比老式机械陀螺仪高很多，更重要的是，它的尺寸只有老式陀螺仪的几十分之一。如今，微机电陀螺仪广泛用于各种消费性设备，如数码相机的防抖系统、笔记本电脑的硬盘保护、3D遥控器和电子罗盘等，还用在汽车的电子稳定控制系统中，甚至用在自动控制系统中控制机器人手脚的行动和平衡。

类似这样的电子元件还有很多，比如2毫米长的气压计、3毫米大小的加速计……它们的出现令无人机降低了成本，提高了技术水平，迅速掀起了一股无人机风潮。

● 复合材料提高无人机强度

20世纪80年代到90年代，复合材料和高强度塑料开始被广泛使用。复合材料是由金属材料、陶瓷材料或高分子材料等两种或两种以上的材料经过复合工艺制成的，各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求，比如可以同时具备坚硬与轻盈两种特点。复合材料重量轻，容易塑型，从20世纪80年代开始逐渐取代了用于制造“空中客车”和“波音”飞机的铝、钢和钛。现在，复合材料几乎占飞机总重量的50%。

在复合材料发展早期，其制备和加工比较困难，成本相对较高，常用在航天航空和军事工业上。随着技术发展，现在复合材料生产加工技术已经相对比较成熟，从而迅速拓展到民用产业。在民用市场上，复合材料以碳或玻璃纤维管或片的形式销售，这两种材料也是制造多旋翼无人机的主要原材料。

A350飞机的材料比例