無(wú)人機(jī)綜合知識(shí)簡(jiǎn)介

1、無(wú)人機(jī)綜合知識(shí)簡(jiǎn)介1、無(wú)人機(jī)(UAV)的概念無(wú)人機(jī)(Unmanned Aerial Vehicle )就是利用無(wú)線遙控或程序控制來(lái)執(zhí)行特定航空任務(wù) 的飛行器，指不搭載操作人員的一種動(dòng)力空中飛行器，采用空氣動(dòng)力為飛行器提供所需的升力，能夠自動(dòng)飛行或遠(yuǎn)程引導(dǎo)；既能一次性使用也能進(jìn)行回收；能夠攜帶致命性和非致命性有效負(fù)載。2、無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的一般組成無(wú)人機(jī)系統(tǒng)包括地面系統(tǒng)、飛機(jī)系統(tǒng)、任務(wù)載荷和無(wú)人機(jī)使用保障人員。如下圖：地mi輔助沒(méi)笛W 3、，地而監(jiān)控分系纜地血系統(tǒng)餌商矗部分I ig測(cè)統(tǒng)地面部分-地面遙投遙濯站使用保障人員火控系統(tǒng) 世電系統(tǒng)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)任務(wù)載荷M目標(biāo)探測(cè)系統(tǒng)-代玉激光測(cè)距武器好掛管理系統(tǒng)疔

2、控諾測(cè)系統(tǒng)叫城部分機(jī)戮數(shù)黑采染與抨制(起飛若陸蒙統(tǒng)機(jī)載部分/機(jī)體系統(tǒng)推蛆系統(tǒng)E控系統(tǒng)慵性導(dǎo)航導(dǎo)航系統(tǒng)睥&大氣機(jī)3、無(wú)人機(jī)的一般分類(lèi)按用途分：無(wú)人偵察機(jī)、電子戰(zhàn)無(wú)人機(jī)、靶機(jī)、反輻射無(wú)人機(jī)、對(duì)地攻擊無(wú)人機(jī)、通信中繼無(wú)人機(jī)、 火炮較射無(wú)人機(jī)、特種無(wú)人機(jī)、誘餌無(wú)人機(jī)。按飛行方式分：固定翼無(wú)人機(jī)、旋翼無(wú)人機(jī)、撲翼無(wú)人機(jī)、飛艇。4、無(wú)人機(jī)的飛行控制無(wú)人機(jī)上沒(méi)有駕駛員，所以無(wú)人機(jī)和飛行靠“遙控”或“自控飛行”。(1)遙控飛行遙控即對(duì)被控對(duì)象繼續(xù)遠(yuǎn)距離控制，主要無(wú)線電遙控。遙控信號(hào)：遙控站通過(guò)發(fā)射機(jī)向無(wú)人機(jī)發(fā)送無(wú)線電波，傳遞指令，無(wú)人機(jī)上的接收機(jī)接收并譯出指令的內(nèi)容， 通過(guò)自動(dòng)駕駛儀按指令操縱舵面，或

3、通過(guò)其他接口操縱機(jī)上的任務(wù)載荷。遙控站設(shè)有搜索和跟蹤雷達(dá)，他們測(cè)量無(wú)人機(jī)在任意時(shí)刻相對(duì)地面的方位角、俯仰角、 距離和高度等參數(shù)，并把這些參數(shù)輸入到計(jì)算機(jī)，計(jì)算后就能繪出無(wú)人機(jī)的實(shí)際航跡，與預(yù)定航線比較，就能求出偏差，然后發(fā)送指令進(jìn)行修正。此外，無(wú)人機(jī)還裝備有無(wú)線電應(yīng)答器，也叫信標(biāo)機(jī)。它能在收到雷達(dá)的詢(xún)問(wèn)信號(hào)后，發(fā) 回一個(gè)信號(hào)給雷達(dá)。由于信標(biāo)機(jī)發(fā)射的信號(hào)比無(wú)人機(jī)發(fā)射的雷達(dá)信號(hào)要強(qiáng)得多，起到增加跟蹤雷達(dá)的探測(cè)距離。下傳信號(hào):遙控指令只包含航跡修正信號(hào)是顯然不夠的，在飛行中無(wú)人機(jī)會(huì)受到各種因素的影響，無(wú)人機(jī)的飛行姿態(tài)也在不斷變化，所以指令還需要包括對(duì)飛行姿態(tài)的修正內(nèi)容。無(wú)人機(jī)上的傳感器一直在收集自身

4、的姿態(tài)信息，這些信息通過(guò)下傳信號(hào)送到遙測(cè)終端， 遙測(cè)終端分析這些信息后就能給出飛行姿態(tài)的遙控修正指令。遙控飛行的利弊：利：有利于簡(jiǎn)化無(wú)人機(jī)的設(shè)計(jì)，降低制造成本，提高戰(zhàn)術(shù)使用的靈活性。弊：受無(wú)線電作用距離的限制， 限制通訊距離通常只可達(dá)到320KM-480KM ;容易受到電子干擾。自控飛行：自控飛行不依賴(lài)地面控制， 一切動(dòng)作都自動(dòng)完成的飛行。為此，機(jī)上需要有一套裝置來(lái)保證飛行航向和飛行姿態(tài)的正確，這套裝置就是導(dǎo)航裝置。通常的導(dǎo)航裝置有：1. 慣性導(dǎo)航在機(jī)載設(shè)備上，它一般簡(jiǎn)稱(chēng)慣導(dǎo)。慣性導(dǎo)航是以牛頓力學(xué)為基礎(chǔ)，依靠安裝在載體內(nèi)部的加速度計(jì)測(cè)量載體在三個(gè)軸向的加速度，經(jīng)積分運(yùn)算后得到載體的瞬時(shí)速度和位

5、置，以及測(cè)量載體的姿態(tài)的一種導(dǎo)航方式。慣性導(dǎo)航完全依賴(lài)機(jī)載設(shè)備自主完成導(dǎo)航任務(wù)，工作時(shí)不依賴(lài)外界信息，也不向外界輻射能量，不易受到干擾，不受氣象條件限制。慣導(dǎo)系統(tǒng)是一種航位推算系統(tǒng)。只要給出載體的初始位置及速度，系統(tǒng)就可以實(shí)時(shí)地推算出載體的位置速度及姿態(tài)信息，自主地進(jìn)行導(dǎo)航。純慣導(dǎo)系統(tǒng)會(huì)隨著飛行航時(shí)的增加，因積分積累而產(chǎn)生較大的誤差，導(dǎo)致定位精度隨時(shí)間增長(zhǎng)而呈發(fā)散趨勢(shì)，所以慣導(dǎo)一般與其他導(dǎo)航系統(tǒng)一起工作來(lái)提高定位精度。2. 衛(wèi)星導(dǎo)航全球定位系統(tǒng)(GPS)由美國(guó)建立的一套定位系統(tǒng)，可以提供全球任意一點(diǎn)的三維空間 位置、速度和時(shí)間，具有全球性、全天候、連續(xù)的精密導(dǎo)航系統(tǒng)。全球衛(wèi)星導(dǎo)航分為三部分，包

6、括空間衛(wèi)星部分、地面監(jiān)控、衛(wèi)星接收機(jī)部分。在飛機(jī)上 安裝衛(wèi)星接收機(jī)就能得到自身的位置信息和精確到納秒級(jí)的時(shí)間信息?，F(xiàn)在全球在使用的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)還有：俄羅斯的glonass,歐洲的伽利略系統(tǒng)，還有中國(guó)正在建立的北斗系統(tǒng)。3. 多普勒導(dǎo)航多普勒導(dǎo)航是飛行器常用的一種自主導(dǎo)航系統(tǒng)，它的工作原理是多普勒效應(yīng)。多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)由磁羅盤(pán)或陀螺儀、多普勒雷達(dá)和導(dǎo)航計(jì)算機(jī)組成。磁羅盤(pán)或陀螺儀類(lèi)似指北針，用于測(cè)出無(wú)人機(jī)的航向角，多普勒雷達(dá)不停沿著某個(gè)方向向地面發(fā)射電磁波，測(cè)出無(wú)人機(jī)相對(duì)地面的飛行速度以及偏流角。根據(jù)多普勒雷達(dá)提供的地速和偏流角數(shù)據(jù)，以及磁羅盤(pán)或陀螺儀提供的航向數(shù)據(jù)，導(dǎo)航計(jì)算機(jī)就可以不停地計(jì)算出無(wú)人

7、機(jī)飛過(guò)的路線。多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)能用于各種氣象條件和地形條件，但由于測(cè)量的積累誤差，系統(tǒng)會(huì)隨著飛行的距離增加而使誤差加大，所以一般用于組合導(dǎo)航中。4. 組合導(dǎo)航組合導(dǎo)航是指組合使用兩種或兩種以上的導(dǎo)航系統(tǒng)，達(dá)到取長(zhǎng)補(bǔ)短，提高導(dǎo)航性能。目前飛行器上實(shí)際使用的導(dǎo)航系統(tǒng)各基本上都是組合導(dǎo)航系統(tǒng)，如GPS/慣性導(dǎo)航、多普勒/慣性導(dǎo)航等，其中應(yīng)用最廣的是 GPS/慣性導(dǎo)航組合導(dǎo)航系統(tǒng)。5. 地形輔助導(dǎo)航地形輔助導(dǎo)航是指飛行器在飛行過(guò)程中，利用預(yù)先存儲(chǔ)的飛行路線中某些地區(qū)的特征數(shù)據(jù)，與實(shí)際飛行過(guò)程中測(cè)量到的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行不斷比較來(lái)實(shí)施導(dǎo)航修正的一種方法。其核心是將地形分成多個(gè)小網(wǎng)格， 將其主要特征，如平均標(biāo)高等

8、輸入計(jì)算機(jī)，構(gòu)成一個(gè)數(shù)字化地圖。地形輔助導(dǎo)航技術(shù)就是利用機(jī)載數(shù)字地圖和無(wú)線高度表作為輔助手段來(lái)修正慣導(dǎo)系統(tǒng) 的誤差，從而構(gòu)成新的導(dǎo)航系統(tǒng)。它與導(dǎo)航方法的根本區(qū)別在于數(shù)字地圖對(duì)主導(dǎo)航系統(tǒng)僅能 起到輔助修正作用，離開(kāi)了慣導(dǎo)系統(tǒng)，數(shù)字地圖無(wú)法獨(dú)立地提供導(dǎo)航信息。地形輔助系統(tǒng)可分為地形匹配、景象匹配等。地形匹配：也稱(chēng)地形高度相關(guān)。 其原理是地球表面上任意一點(diǎn)的地理坐標(biāo)都可以根據(jù) 其周?chē)赜虻牡雀呔€或地貌來(lái)當(dāng)值確定。飛行一段時(shí)間后，既可以得到真航跡的一串地形標(biāo)高。將測(cè)得的數(shù)據(jù)與存儲(chǔ)的數(shù)字地圖進(jìn)行相關(guān)分析，確定飛機(jī)航跡對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格位置。因?yàn)槭孪却_定了網(wǎng)格各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的經(jīng)緯度值，這樣就可以使用數(shù)字地圖校正慣導(dǎo)。景

9、象匹配：也稱(chēng)景象相關(guān)。它與地圖匹配的區(qū)別是，預(yù)先輸入到計(jì)算機(jī)的信息不只是 高度參數(shù)，還包含了通過(guò)攝像等手段獲取的預(yù)定飛行路徑的景象信息，將這些景象數(shù)字化后存儲(chǔ)在機(jī)載設(shè)備上。飛行中，通過(guò)機(jī)載攝像設(shè)備獲取飛行路徑中的景象，與預(yù)存數(shù)據(jù)比較， 確定飛機(jī)的位置。自控飛行的利弊：利：航程加大；獨(dú)立自主工作，不需要與地面站聯(lián)系，不易被敵方發(fā)現(xiàn)和干擾。弊：復(fù)雜的自主導(dǎo)航系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，增加了重量，提高了成本。遙控與自控結(jié)合現(xiàn)代無(wú)人機(jī)在不同的飛行段，交替地采用遙控或自控飛行，這樣可以充分利用遙控和自控兩種控制方式各自的優(yōu)勢(shì)，克服彼此的缺陷。5、無(wú)人機(jī)的起飛和著陸有人駕駛飛機(jī)的起飛和降落是飛行中的兩大“難關(guān)”，無(wú)

10、人駕駛飛機(jī)則更是如此。(1)無(wú)人機(jī)的起飛1. 母機(jī)投放由有人駕駛轟炸機(jī)、 攻擊機(jī)或運(yùn)輸機(jī)把無(wú)人機(jī)帶上天，在適當(dāng)?shù)牡胤酵斗牌痫w。 這種方法簡(jiǎn)單易行，運(yùn)用靈活，成功率高，并且可增加無(wú)人機(jī)的航程。2. 火箭助推借助固體火箭助推器， 無(wú)人機(jī)從發(fā)射架上起飛。 這種起飛方式占用的發(fā)射場(chǎng)地很小，適合前沿陣地、山區(qū)或船上使用。3. 起飛跑車(chē)將無(wú)人機(jī)安裝在帶輪的小車(chē)上，靠無(wú)人機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)，當(dāng)達(dá)到速度后，無(wú)人機(jī)脫離小車(chē)升空。這種方式可以使用現(xiàn)成的機(jī)場(chǎng)條件起飛，無(wú)需復(fù)雜的起落架， 起飛跑車(chē)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 經(jīng)濟(jì)。4. 垂直起飛利用直升機(jī)的起飛原理起飛。5. 起落架滑跑起飛與有人駕駛飛機(jī)一樣，使用本身的起落架滑跑起飛。

11、6. 手發(fā)射這種發(fā)射方式最簡(jiǎn)單，由一人或兩人把握，靠無(wú)人機(jī)自身動(dòng)力起飛。(2)無(wú)人機(jī)的著陸1. 起落架輪滑著陸與有人駕駛飛機(jī)一樣，使用本身的起落架降落。一般大型無(wú)人機(jī)才采用這種方式。2. 降落傘著陸無(wú)人機(jī)采用降落傘懸吊回收。 這種方式適合小型無(wú)人機(jī)， 對(duì)于大型無(wú)人機(jī)，由于傘降回 收的可靠性不高，操縱困難，損失率高。3. 空中回收使用大飛機(jī)在空中回收無(wú)人機(jī)的方式目前只有美國(guó)采用。采用這種回收方式，在大飛機(jī)上必須有空中回收系統(tǒng)。無(wú)人機(jī)除了有阻力傘和主傘外，還需有鉤掛傘與吊索和可旋轉(zhuǎn)的脫 落機(jī)構(gòu)。大飛機(jī)用掛鉤掛住無(wú)人機(jī)的鉤掛傘和吊索，用絞盤(pán)絞起無(wú)人機(jī)，空中懸掛運(yùn)走。這 種回收方式不會(huì)損傷無(wú)人機(jī)，但每

12、次回收都要出動(dòng)大飛機(jī)，費(fèi)用高，對(duì)大飛機(jī)飛行員的駕駛技術(shù)要求高。4. 攔截網(wǎng)回收用攔截網(wǎng)系統(tǒng)回收無(wú)人機(jī)是目前世界小型無(wú)人機(jī)普遍采用的回收方式之一。攔截網(wǎng)系統(tǒng)通常由攔截網(wǎng)、能量吸收裝置和自動(dòng)引導(dǎo)設(shè)備組成。能量吸收裝置與攔截網(wǎng)相連，其作用是吸收無(wú)人機(jī)撞網(wǎng)的能量，避免無(wú)人機(jī)觸網(wǎng)后在網(wǎng)上彈跳不停受損。自動(dòng)引導(dǎo)設(shè)備一般是一部置于網(wǎng)后的電視攝像機(jī)， 或是裝在攔截網(wǎng)架上的紅外接收機(jī)，由它們及時(shí)向地面站報(bào)告無(wú)人機(jī)返航路線偏差。5. 氣墊著陸無(wú)人機(jī)機(jī)腹四周裝上“橡膠裙邊”，中間有一個(gè)帶孔的氣囊。發(fā)動(dòng)機(jī)把空氣壓入氣囊， 壓縮空氣從氣囊孔噴出，在機(jī)腹下形成高壓空氣區(qū)一氣墊。氣墊著陸最大的優(yōu)點(diǎn)是： 無(wú)人機(jī)能在未經(jīng)平整的

13、地面、泥地、冰雪地或水上著陸， 不受地形條件限制。其次大小無(wú)人機(jī)都可以使用，回收率高。6. 無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)無(wú)人機(jī)的飛行平臺(tái)主要由六大部分組成：機(jī)身、機(jī)翼、尾翼、起落裝置、飛行自動(dòng)控制 系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)。1. 機(jī)身機(jī)身主要用來(lái)裝載發(fā)動(dòng)機(jī)、燃油、任務(wù)設(shè)備、電源、控制操縱系統(tǒng)等，并通過(guò)它將機(jī)翼、 尾翼、起落架等部件連成一個(gè)整體。2. 機(jī)翼機(jī)翼是飛行器用來(lái)產(chǎn)生升力的主要部件。固定翼無(wú)人機(jī)的機(jī)翼有平直翼、后掠翼、三角翼等。下圖是一些常見(jiàn)的機(jī)翼：平直翼比較適用于低速飛行器，后掠翼和三角翼比較適合高速飛行器。機(jī)翼上一般還有副翼， 用于控制飛機(jī)的傾斜， 但左右副翼偏轉(zhuǎn)方向不同時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生滾裝力矩，是飛行器產(chǎn)生傾

14、斜運(yùn)動(dòng)。3. 尾翼尾翼分垂直尾翼和水平尾翼兩部分。對(duì)于一些結(jié)構(gòu)比較特殊的無(wú)人機(jī)來(lái)說(shuō)，可能會(huì)不設(shè)垂直尾翼或水平尾翼。垂直尾翼：垂直安裝在機(jī)身尾部， 主要功能為保持機(jī)體的方向平衡和操縱。通常垂直尾翼后緣有用于操縱方向的方向舵。水平尾翼：水平安裝在機(jī)身尾部，主要功能為了保持俯仰平衡和俯仰操縱。4. 起落裝置起落裝置的功用是使無(wú)人機(jī)在地面或水面進(jìn)行起飛、著陸、滑行和停放。起落裝置對(duì)于無(wú)人機(jī)來(lái)說(shuō)是形式最多樣的一部分，這是因?yàn)闊o(wú)人機(jī)有多種發(fā)射/回收方式。大型無(wú)人機(jī)的起落裝置包含起落架和改善起落性能的裝置兩部分，起飛后起落架收起， 減少飛行阻力；多數(shù)無(wú)人機(jī)的起落架很簡(jiǎn)單，飛行時(shí)也不收起；對(duì)于采用彈射、攔阻網(wǎng)等方式進(jìn)行發(fā)射/回收的小型無(wú)人機(jī)就不需要起落架；對(duì)于采用手?jǐn)S發(fā)射的小型無(wú)人機(jī)，就沒(méi)有 起落裝置；傘降回收的無(wú)人機(jī)著陸裝置可以說(shuō)就是降落傘。5