【资料上新】《世界最先进无人机发展状况调查报告》（17.5万字干货）

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【红山导读】

日本福岛核泄漏后，开发能够在高放射线下和狭窄的封闭空间代替人进行精密且顽强的作业的机器人是不可缺少的。另外，在灾害多发的的日本，随着在灾害现场和基础设施检查中活跃的机器人·无人机的开发，机器人·无人机有效运作的系统等的开发也备受期待。

日本福岛国际研究教育机构，在这样的废炉相关的现场和灾害现场等严酷环境中，为了实施作业、探索活动、救助活动、救援物资的运输等，以将来必要的机器人·无人机的研究开发为目标。

严酷环境是指：

①没有户外光线，或者能见度低的情况②高放射线下③电波通信的阻断下④瓦砾上、瓦砾内、泥泞、森林内等地状态⑤降水下，或者设想水中的状态，在其中实施必要的作业。

另外，将来的目标是实现在进行无线通信的同时，即使在发生了电波中断的情况下，也能够通过自己的判断返回到可回收地点的性能。另外，在无人机方面，以长时间飞行和高装载能力等高性能化为目标。该机构计划朝着这一目标，推进目前技术仅部分实现的机器人无人机动作的自主化和智能化，并推进恶劣环境下所需性能的研究开发。另外，作为上述研究的一环，还将推进多个机器人·无人机协调作业的技术的研究开发。

为了达到这些目的，有必要把握世界上现在的研究开发状况，站在广阔的视野上确定今后的研究开发的方向性，为此委托3个学会（日本机械学会、日本机器人学会、测量自动御学会）实施了调查。F-REI委托日本机械学会进行的是"关于世界及日本最先进的无人机开发状况的调查"，重要的视点是"世界最先进无人机开发的现状和课题"这一关键词。

本报告来源于2024年外军开源情报，译文354页，17.5万字。本文原文请点击文末链接购买。

关键词：先进无人机，研发状况

第1章 旋翼无人机

1.1旋翼无人机的机体形态：本节对世界最先进的无人机，从过去几年的著名世界性学术杂志中进行了基于文献的调查。例如，在p.7的飞行稳定性和空气动力·结构稳定性中，指出H型无人机形状等优异这一点，对p.8的非平型六旋翼、p.9的倾斜四旋翼无人机、p.11~12的具有自适应形态变化功能的无人机等进行了解说，展示了世界最尖端无人机的现状和课题。

1.2旋翼无人机的动力装置：本节是动力装置的一般解说，有马达、螺旋桨、ESC、电池、发动机等解说。虽然这些要素每天都在进化，但没有记载那样的内容，并且，对公知的内容进行了说明，没有进行尖端的调查。为了提高性能，进行了各种各样的努力，大力进行了技术改善等，但是没有介绍那样的最尖端的研究开发。另外，完全没有提到混合动力推进和燃料电池等最新研究。也没有对将来的课题的记载。

1.3旋翼无人机的空气动力学：本节是空气动力学的内容，既有经典的也有最新的研究，但大多是一般性的解说性内容，没有进行尖端的研究介绍。但是，虽然也有螺旋桨的静音化等一部分先进措施的介绍，但很多都没有走出国内研究的领域，在看不到世界动向的情况下，也没有关于未来课题的记载。

1.4旋翼无人机的Guidance（导）技术：本节是关于F-REI重点研究的自律化、智能化、群控的部分，虽然记载了作者的文献相关评价，但由于没有图等的刊登，为了理解，需要另外检索参考文献进行调查。从内容上来说，从障碍物回避、着陆、群飞行、移动体追踪·监视、机器学习的观点来看，虽然对世界的动向进行了调查，但还是希望能再有张有弛地仔细地说明内容。

1.5旋翼无人机的导航（法））技术：本节也是F-REI重点研究的自律化、智能化、群控相关内容。本解说在刊登图的同时具体记载了什么是最新的，内容容易理解。特别是第51页的warm-LIO群飞行、p.53的自主无人机导航、p.54~56的BarSLAM架构、DVS-RadarSLAM、海洋导航的量子技术是最尖端的研究，作为面向未来的课题，可以说是富有启发性的有意义的内容。

1.6旋翼无人机的Control（控制）技术：本节描述了无人机控制技术，包括PID控制、LQR控制、H∞控制、模型预测控制、反馈线性化控制、滑模控制、反步控制、关于干扰观察器的控制、自适应控制、智能控制等，是关于一般公知的无人机控制的解说，几乎没有记载关于世界动向和尖端措施的内容。

1.7无人机的通信技术：本节内容涉及对无人机飞行至关重要的通信技术，内容相当尖端。通信安全新技术与无人机应用、无人机网络与区块链、BCDAIOD框架、SDN架构、基于机器学习的架构、介绍了Fog/Cloud/Edge的分层结构等世界最先进的工作，从这个意义上来说，是按照规格书的内容。另外，解说的内容是相当高级的内容，是仅通过阅读文章无法想象的水平的内容。

1.8空中操纵：本节是关于在不久的将来无人机成为飞行机器人进行空中作业的空中操纵的解说，以上方为对象的操纵，以侧面为对象的操纵，介绍了以下方为对象的操作以及其他的空中操作。从今后作为飞行机器人在空中作业的观点来看，这是一个重要的领域，介绍世界最先进的内容。还记载了课题，内容富有启发性。

1.9无人机的自律化、智能化：本节是无人机的脑力部的自律化、智能化的内容，也是F-REI重点研究课题的自律化、智能化、群控的相关内容。EASA关于AI的路线图（AILevel）和Human-AITeaming的概念（EASAAIRoadmap，2.0）、AI应用程序的生命周期、AI规则的结构、实现自律化的Autopilot的构成和ISO的路线图进行了总结，还记载了关于今后AI技术的课题，是非常重要的内容。

1.10旋翼无人机的应用：本节是无人机用例相关应用领域的内容。具体来说，对航空摄影、测量、检查、物流、灾害应对、娱乐等用例进行了最新的工作解说。其中一些是公知内容的解说，但也包含了尖端的内容。在灾害应对方面，介绍了通过声音来检测人、应对山火、应对洪水、应对滑坡等方面的最新研究。文献也调查了过去5年左右的108篇最新论文等，是可以作为参考的内容。

第2章 固定翼无人机

2.1固定翼无人机的机体形态：本节的内容是指固定翼无人机的基本机体结构的机体形态。对主翼翼型、主翼平型、主翼安装位置、推进装置的安装场所、尾翼安装位置和形状、垂直尾翼的三维形状、降落装置的内容进行了解说。从机体形态这一内容来看可能是不得已的，但这是对公知内容的解说，不包含最新的机体形态等尖端的研究介绍。现在，从机体形态如何使飞行性能高性能化的观点出发的研究开发在世界范围内进行，我认为如果有这一点的调查就好了。

2.2固定翼无人机的推进装置：本节是关于固定翼无人机推进的解说，解说了最新的电动推进法飞机的分类和电动推进法飞机用马达的技术动向。另外，关于新一代电动型飞机，虽然刊登了混合动力形式的概念图，但由于没有详细的说明和优缺点、今后的展望等面向将来的课题的记载，所以感觉内容不完整。次世代型电动推进法飞机是一个正在展开激烈开发竞争的领域，没有这个解说是非常遗憾的。

2.3固定翼无人机的空气力学：本节是关于固定翼无人机的空气力学的解说，介绍了关于抗侧风的机体形状、固定翼和旋转翼的涉问题等的最新研究。关于抗侧风的机体，在以作者的研究为中心的介绍中追加了相关的研究介绍，关于固定翼和旋转翼的涉问题，是很多垂直起降战斗机（VTOL）机都遇到过的课题，估计还有很多未阐明的部分。并且，如果考察eVTOL机的非倾斜型和倾斜型的过渡飞行中的空气力学特性等，则会富有启示。

2.4固定翼无人机的GNC（Guidance，navation，Control）技术：本节讲解固定翼无人机的自动驾驶GNC技术。整体内容是没有指导，以导航和控制为中心的介绍。对线性控制、基于非线性动态逆控制、基于神经网络控制、自适应控制、无模型控制等进行了最新的介绍。虽然也介绍了耐故障御和在约有的地方着陆的deepstall御等，但关于今后的课题等没有充分的记载。

2.5固定翼无人机的起飞方法）：本节是固定翼无人机的起飞方法）的内容。关于利用跑道的起飞、手投发射、弹射器发射、空中发射等，作为维基百科的参照，一边引用图一边进行解说。但是，这是众所周知的内容，没有介绍新的措施等。这种关系是基本成熟确立的技术，因此也许看不到新的开发。

2.6固定翼无人机的回收方法）：本节是关于固定翼无人机的着陆方法）的内容。机身着陆、网络回收、降落伞回收、其他回收方式），最后的其他方式Skyhookrecovery）是杂技般的白色。齐普林的回收方）也是类似的一方），回收失败的情况下可以多次重复。这也是基本成熟确立的技术，也许看不到新的开发。

2.7固定翼无人机的应用：本节是固定翼无人机的用例，介绍了最新的固定翼无人机的有效利用。农业用监测、森林火灾监测、管道监测、边境警备、地震应对等，虽然用例由来已久，但介绍了最新的话题。

第3章 垂直起降（VTOL）型无人机

3.1VTOL机特有的GNC（Guidance，navation，Control）技术：本节介绍了包括与最新的垂直起降（VTOL）机相关的自动驾驶在内的GNC控制，并解说了与引导、导航、控制相关的最新研究。特别是，垂直起降战斗机（VTOL）需要从多旋翼的旋翼模式转换到固定翼模式，或者相反的模式，对这种转换模式的稳定飞行进行了研究介绍。关于指导，包括耐故障性和冲突回避在内，今后将变得更加重要。

3.2一般的垂直起降战斗机（VTOL机）：本节介绍了2024年世界上最新的垂直起降战斗机（VTOL机），并明确记载了机体规格和性能。由此可见，世界垂直起降战斗机（VTOL）的最先端已经达到了什么程度。推进方面，2重推进式垂直起降战斗机（VTOL）很有优势，在长距离、长时间飞行中，电池的极限很明确，取而代之的是混合型飞机，澳大利亚在20203年成功实现了氢燃料电池垂直起降战斗机（VTOL）的飞行。我非常感兴趣的是它的飞行性能。

3.3会聚平面：本节将垂直起降的机体的螺旋桨倾斜的机体的少许部分称为会聚平面。是具有所谓的倾斜机构的VTOL机的总称。会聚平面大致分为Tilt-rotor机和Tilt-wing机，关于转子数和倾斜轴数，对世界的动向进行了分类，关于它们的优缺点，考察了机构的复杂性、稳定性、效率、敏捷性。另外，关于到目前为止的研究成果和最新的研究，对倾斜转子机、倾斜翼机进行了介绍，是今后进一步研究开发的领域，是富有启发性的内容。

3.4Coleopter：本节是Coleopter机的内容，也被称为球墨铸铁风扇机。这是一种稳定化和姿态控制极其困难的机体，在军用方面已经开发了很多，但在民用方面却没有先例。但是，亚马逊公司在亚马逊PrimeAir中采用了这款机体，考虑到了在物流中的应用。不管怎么说，文献很少，对机体的御等进行解说的论文等很少。

3.5尾翼：本节是机体在垂直站立的状态下起降的机体，是被称为尾翼机的机体的解说，关于走在世界最尖端的Flexrotor，对机体规格和飞行性能等进行了详细的解说，内容富有启发性。其他

p.209中整理了学术杂志的研究开发动向，还记载了课题和展望，内容充实。

第4章 水下和水上无人机

4.1水下、水上无人机的GNC技术和通信技术：本节对水下、水上无人机进行解说。远程操作型移动设备和无索式水下移动设备，或者，被分类为自律型水中移动设备（AUV）。在这里，虽然介绍了ROV的系统构成和通信、控制等，但是引用文献很少，没有进行世界的动向和最尖端研究的调查。

4.2远程操作型ROV：本节介绍与4.1类似的ROV，介绍国内的工作。还介绍了福山大学的履带式ROV。

4.3无需远程操控的"自律型"水下无人机：本节介绍的是自律型水下无人机AUV，根据形状和功能可分为法行型AUV、悬停型AUV和滑翔型AUV三种。此外，还有生物模仿型、可着底移动的车轮型和履带式。介绍了2017年~2019年的ShellOceanDiscoveryXRIZE。有记载称，在F-REI主办的严酷环境挑战之类的活动中，TeamKUROSHIO从日本参加并获得亚军。关于这一点，虽然想知道世界的动向，但并没有进行调查。

4.4其他水下无人机：本节是关于新的水下无人机的介绍，介绍了水空合体无人机，但仅限于国内的一例介绍。空中无人机飞行到目标水域后着水，将水中无人机分离，但通过电缆连接，一起在水上和水中移动，是非常有实用性的工作，但没有对世界动向进行调查。

4.5水上无人机：本节主要介绍ASV（是水上无人机的内容，主要介绍作者的研究和国内的工作。这个领域是包括水下无人机在内的世界范围内激烈开发竞争的领域，世界最先进的技术已经发展到什么程度令人感兴趣。

关于第4章，无论哪一节，内容都仅限于作者的研究和国内文献等，海外学术论文的调查并不充分。因此，遗憾的是，从这个内容无法推测世界的动向。

第5章 极限环境·特殊环境下的无人机传感器技术

5.1无人机的传感系统：本节是关于无人机的通常、严酷环境等中的传感系统的内容。p.241的无人机用传感器的电磁波频谱是将各种无人机用传感器按波段分类的通俗易懂的解说。高速照相机、活动照相机的概念也很容易理解，另外，最新的NVIDEA的GPU相关的Jetson系列的比较表也很容易理解。另外，关于极限环境下传感，关于雨、雾、干扰光的考察富有启发性。并且，关于自身位置估计，有视觉、惯性综合位置估计的VIO（VisualInertialOdometric）、基于传感器融合的位置估计等新的自身位置估计算法的介绍，是重要的指摘。

5.2极限环境下的GNC技术：本节介绍极限环境下的GNC技术，包括Flexrotor、AeryonLab、有MPDrone等先进的GNC的介绍，还有基于事件摄像机的物体跟踪算法、liquidNeuralNetwork、群飞行技术、PilotFree3DMapping等的介绍，非常有益。

5.3极限环境·特殊环境下的无人机的个别例子：本节列举与严酷环境同义的极限环境·特殊环境下的无人机的事例进行详细介绍。

5.3.1高放射线环境下的核电站事故建筑物内飞行无人机：本项是关于核电站事故建筑物内飞行无人机的解说。飞行时飞舞的放射线物质的灰尘问题，核电站建筑物内的无人机检查，在高放射线环境下工作的半）体（这与F-REI在公开招募研究中实施的高放射线下的半）体也有关联），高放射线环境下的结构部件的耐性，详细叙述了高放射线环境下的通信的确立等。

5.3.2宇宙探测用飞行无人机：本项针对因火星探测用无人机而出名的NASA/JPL的双反转直升机Ingenity，展示了其规格，并且明确了地球和火星的环境差异。Ingenity共飞行72次，总飞行时间128.8分钟，总飞行距离17公里。介绍了日本计划的火星探测用多科普塔机HAMILTON和NASA计划的土星卫星泰坦探测用的DRAGONFLY，非常有意思。

5.3.3高粉尘环境下的无人机：本项规定，在钢铁厂、锅炉、烟雾弥漫中的飞行和沙漠等地的无人机飞行是在高粉尘的严酷环境下进行的。在高粉尘下的飞行中，不仅要保护机体和致动器，各种传感器类的保护也非常重要。另外，还要求高粉尘下的引导和导航控制的鲁棒性。

5.3.4高电磁场下的无人机：本项介绍了高电磁场下也能安全飞行的无人机的研究。例如，对基板的金属屏蔽、对金属线的网状屏蔽、对框体的电镀涂装的例子、高压输电的电磁场下的各种屏蔽）等。反无人机是反向使用这种高电磁场，用高电磁脉冲来干扰无人机飞行。

5.3.5高温化的灭火无人机：本项是在灭火活动中使用的灭火无人机的介绍，火灾是日常灾害之一，具有耐热性的无人机有望得到广泛应用。但是，在火势蔓延附近，处于极其高温的环境下，变成了严酷的环境。火灾应对无人机除了灭火活动以外，还有望在消防员的灭火活动支援、热点的探索、需要救助者的搜索活动、向需要救助者运送支援物资、火灾扑灭后的受灾状况调查等多方面发挥作用。

5.3.6北极和南极的科学观测无人机：本项是由国立极地研究所组成的日本南极观测地区队进行的科学观测，2006 年，舟木等人首次在南极进行了无人机的使用。现在每年有数十架无人机被用作科学观测无人机。在此，对南极南设得兰群岛的地球磁场观测 有关于UAV的详细解说。

5.3.7南极高空气溶胶观测与样品返回贷款：本项介绍了日本南极地区观测队实施的高层气溶胶观测与样品返回用UAV的开发和观测飞行。这是宏观观测全球气候变化的重要

5.3.8酷热的非洲磁场异常探测无人机：本项介绍作者亲自参与的非洲埃塞俄比亚空中磁场异常探测无人机。2019年和2023年共进行了2次飞行距离为1800公里的探测飞行。旱季是世界上温度最高的摄氏50度的酷暑，是一个环境恶劣的区域。做好了各种艰苦环境的准备工作，最终完美地达到了预期的目的。

5.3.9用于辐射监测的小型固定翼无人机：本项是对2012年至2015年日本原子能研究开发机构（JAEA）和宇宙法空研究开发机构（JAXA）共同研究进行的辐射监测飞行的解说。飞行区位于福岛县阿武隈山和滨路等地，1F 对氢爆炸后辐射飞散区的定期监测。这是作为广域监视而奏效的为数不多的措施。

5.3.10以灾害时的活用为目标的VTOL无人机65043；本项是现在JAXA开发中的4发倾斜翼小型VTOL机，是还不能提供实用的UAV。

5.3.11在高高度平流层的高放射线下的HAPS型飞行无人机：本项是在高高度平流层飞行，可以说是"空中飞行基站"的HAPS（High Altitude PlatformStation），与人造卫星相比，可以在更广的范围内灵活利用，成本也便宜，保持200公里左右的高度，在日本上空盘旋的同时，可以作为灾害时等的基站和各种通信基础设施使用。这是具有无限可能性的下一代基础设施，是目前全世界关注的领域。

5.3.12飓风调查无人机：与本项相关，作为世界上首次观测到台风的UAV，2001年7月29日的AerosondeMK1很有名。该AerosondeMK1是在佛罗里达海域发生的飓风的内部、边的大气边界层的数据观测NOAA

（NationalOceanicandAtmosphericAdministration）和美国空军正在进行观测。

目录

第一章 旋翼无人机 6

第二章 固定翼无人机 112

2.1 固定翼无人机的机体形态 113

2.2 固定翼无人机的推进装置 122

2.3 固定翼无人机的空气动力学 129

2.4 固定翼无人机的GNC（Guidance，Navigation，Control）技术 137

2.5 固定翼无人机的起飞方法 142

2.6 固定翼无人机的回收方法 151

第三章 垂直起降（VTOL）型无人机 167

3.1 VTOL机特有的GNC（Guidance，navation，Control）技术 168

3.2 一般VTOL机 173

3.3 会聚平面 181

3.4 胆绿素 191

3.5 尾座 199

第四章 水下和水上无人机 216

4.1 水中·水上无人机特有的GNC技术·通信技术 217

4.2 远程操作型ROV 223

4.3 不需要远程操作的"自律型"水中无人机 225

4.4 其他水下无人机 229

4.5 其他的水上无人机 234

第五章 极限环境·特殊环境中的无人机 238

5.1 极端环境·特殊环境下的无人机传感器技术 239

5.2 极限环境下的GNC技术 257

5.3 极限环境·特殊环境下的无人机的个别例子 267

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