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我国无人机飞行姿态控制技术快速发展

2018-02-08 10:31 · 作者:   阅读:166   来源:中国知识产权报/国家知识产权战略网

无人机(UAV)是无人驾驶飞行器(Unmanned Aerial Vehicle)的简称,其是利用无线电遥控设备和机载程序控制装置操控的不载人飞机。由于无人机具有成本相对较低、无人员伤亡风险、生存能力强、机动性能好、使用方便等优点,因此在许多复杂、危险的空中活动中具备独特优势。
  无人机最早被应用在军事领域。早在20世纪20年代,第一次世界大战期间,由英国率先提出并研制了军用无人机。20世纪90年代,西方国家充分认识到了无人机在战争中的作用,竞相加大对无人机的研制投入,军用无人机技术得以快速发展。我国于20世纪50年代开始自主研发军用无人机,2006年后军用无人机领域取得井喷式发展,不仅推出种类繁多的中小型战术无人机,还积极发展大型战略无人机。“长鹰”“蓝狐”的研制成功标志着我国军用无人机已达到同类无人机的国际先进水平,“利剑”等隐形无人机的研制更开创了中国隐形无人机的先河。
  而在民用无人机方面,由于受我国航空管制的限制,民用无人机在很长一段时间的发展停滞不前。随着我国低空空域的逐步开放,许多企业和研究机构开始加大对本领域的技术投入,使得无人机迅速与行业应用相结合。目前无人机在航拍、传统农林业、植被保护、工业作业、灾害救援及公共安全等领域得到广泛的应用,相应的专利申请量也快速增加。
  技术关注度持续提升
  无人机的飞行姿态控制系统是无人机最核心的技术之一,它控制着无人机完成起飞、空中飞行、执行任务和返场回收等整个飞行过程,是无人机领域专利申请的核心。本文以中国专利文摘数据库(CNABS)为基础,对国内截至2017年4月1日提交的无人机飞行姿态控制领域的497件专利申请进行分析,展示了我国无人机飞行姿态控制领域的基本发展状况。
  我国第一件无人机飞行姿态控制领域的发明专利申请出现在1995年,此后近20年的时间内,专利申请量都没有大幅变化,直到2015年,无人机飞行姿态控制领域的专利申请出现井喷式增长,专利申请量由2014年的32件直接上升到122件,2016年继续以较快速度增长。
  笔者分析认为,出现这一发展趋势的主要原因,一方面是国家建立了相关的政策法规。2010年8月19日,相关机构颁布的《关于深化我国低空空域管理改革的意见》指出,2015年,我国将逐步开放1000米以下低空空域。2014年11月21日,全国低空空域管理改革工作会议在北京召开,会议提出我国低空空域改革进入攻坚期,国家相关机构将部署全面推进低空空域管理改革工作。由于上述相关政策法规的建立和我国低空空域的逐步开放,无人机逐渐走向民用领域,巨大的市场使许多企业和研究机构开始加大对本领域的技术投入,并取得了较好的技术成果。
  另一方面,从2015年起,无人机在民用领域多次亮相,不断成为公众关注的焦点。2015年1月26日,一架小型无人机闯入白宫,后经证实该无人机来自于我国大疆创新科技有限公司;2015年2月7日,歌手汪峰别出心裁地采用无人机向演员章子怡求婚;2015年2月24日,巴黎中心城区遭多架无人机侵扰……这些新闻的出现使得无人机市场需求大幅提高,国内相关企业和研究机构也意识到该领域的巨大商机,各专利申请人纷纷开始加强该领域的专利布局,这些都刺激了无人机领域相关专利申请量的快速增加。
  国内申请量占据主导
  在笔者检索到的497件专利申请中,发明专利申请365件,实用新型专利申请共132件。在无人机飞行姿态控制技术相关的专利申请中,发明专利申请的比例已经超过70%,这说明无人机飞行姿态控制技术相对难度较大,起点较高,而我国已经掌握了部分核心技术。
  在365件发明专利申请中,国内申请人提交的专利申请共346件,占专利申请总量的94.8%。专利申请量位居前五位的申请人分别为北京航空航天大学(16件),南京航空航天大学(12件),零度智控(北京)智能科技有限公司(8件),天津大学(8件),中国科学院(8件)。前五名申请人的专利申请量仅占国内专利申请总量的14.2%,且各申请人在申请量比重上的差别并不大,这说明在该领域中,国内发明专利申请的技术集中度不高。
  从专利申请人类型来看,国外来华申请人均为企业,国内申请人中企业申请人占51%,高校、研究所申请人占41%,其他申请人占8%。可见,无人机飞行姿态控制领域是我国的一个技术研究热点,不仅各个企业针对无人机飞行控制进行了广泛深入的研究,高校和科研院所也争相在该领域大展身手。
  在365件发明专利申请中关于权利要求主题名称的占比情况,笔者分析发现,涉及方法的专利申请共243件,涉及系统的专利申请共158件,涉及装置的专利申请共128件。涉及控制方法的发明专利申请改进点主要集中在飞行路径规划、障碍物躲避、控制算法以及下游应用这几个主要方面。涉及控制装置的发明专利申请改进点主要集中在地面站、飞行控制设备以及数据传输这几个主要方面。由于飞行控制的稳定性主要依靠控制理论的支撑,因此相关领域的核心技术多集中在无人机飞行姿态控制方法方面,国内该领域的发明专利申请多是控制理论的方法权利要求。
  针对无人机行业的发展现状,我国已做出了明确的指导性规划和具体扶持政策,未来我国将大力推进民用无人机的商用化进程。随着行业应用的加速推广,消费领域的需求爆发,以及新应用领域的不断拓展,无人机领域也将面临着巨大的机遇和挑战。而无人机飞行姿态控制无疑是无人机应用中重要的一环,笔者认为,申请人还应在飞行路径规划、障碍物躲避及对控制算法的改进等方面不断投入研发,从而推进该领域技术的不断完善发展。(转自:中国知识产权报/国家知识产权战略网)

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