現(xiàn)代無人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)講義

PAGEPAGE98現(xiàn)代無人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)講義畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作者簽名：日期：指導(dǎo)教師簽名：日期：使用授權(quán)說明本人完全了解大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。作者簽名：日期：

學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名： 日期：年月日導(dǎo)師簽名：日期：年月日

一、課程主要內(nèi)容無人機(jī)系統(tǒng)發(fā)展及趨勢無人機(jī)系統(tǒng)組成與功能；無人機(jī)系統(tǒng)的地位與作用無人機(jī)的分類；國外無人機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢無人機(jī)飛行控制、導(dǎo)航與制導(dǎo)技術(shù)無人機(jī)控制與管理系統(tǒng)的地位與作用無人機(jī)控制與管理系統(tǒng)的特點無人機(jī)控制與管理系統(tǒng)的組成和功能無人機(jī)控制模式機(jī)載傳感器引導(dǎo)設(shè)備伺服機(jī)構(gòu)導(dǎo)航系統(tǒng)制導(dǎo)系統(tǒng)無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈技術(shù)功能、分類、組成、指標(biāo)體系技術(shù)特點以色列無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈美國的無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈未來數(shù)據(jù)鏈發(fā)展方向先進(jìn)無人機(jī)平臺總體設(shè)計技術(shù)先進(jìn)無人機(jī)發(fā)展方向先進(jìn)無人機(jī)平臺共性技術(shù)高空長航時無人機(jī)設(shè)計技術(shù)無人作戰(zhàn)飛機(jī)設(shè)計技術(shù)太陽能無人機(jī)設(shè)計技術(shù)

二、無人機(jī)系統(tǒng)發(fā)展及趨勢1無人機(jī)系統(tǒng)組成與功能無人機(jī)的定義：無人機(jī)是一種由動力驅(qū)動、機(jī)上無人駕駛的航空器。無人機(jī)系統(tǒng)由無人機(jī)平臺、任務(wù)載荷、數(shù)據(jù)鏈、指揮控制、發(fā)射與回收、保障與維修等分系統(tǒng)組成，各分系統(tǒng)組成和功能如下：(1)無人機(jī)平臺分系統(tǒng)：包括機(jī)體、動力裝置、飛行控制與導(dǎo)航子系統(tǒng)等；無人機(jī)平臺分系統(tǒng)是執(zhí)行任務(wù)的載體，它攜帶任務(wù)載荷，飛行至目標(biāo)區(qū)域完成要求的任務(wù)。(2)任務(wù)載荷分系統(tǒng)：信息支援、信息對抗、火力打擊等；任務(wù)載荷分系統(tǒng)完成要求的信息支援、信息對抗、火力打擊等任務(wù)。(3)數(shù)據(jù)鏈分系統(tǒng)：無線電遙控/遙測設(shè)備、信息傳輸設(shè)備、中繼轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備等；數(shù)據(jù)鏈分系統(tǒng)通過上行信道，實現(xiàn)對無人機(jī)的遙控；通過下行信道，完成對無人機(jī)飛行狀態(tài)參數(shù)的遙測，并傳回任務(wù)信息。(4)指揮控制分系統(tǒng)：飛行操縱設(shè)備、綜合顯示設(shè)備、飛行航跡與態(tài)勢顯示設(shè)備、任務(wù)規(guī)劃設(shè)備、記錄與回放設(shè)備、情報處理與通信設(shè)備、與其它任務(wù)載荷信息接口等；指揮控制分系統(tǒng)完成指揮，作戰(zhàn)計劃制定，任務(wù)數(shù)據(jù)加載，無人機(jī)地面和空中工作狀態(tài)監(jiān)視和操縱控制，以及飛行參數(shù)、態(tài)勢和任務(wù)數(shù)據(jù)記錄等任務(wù)。(5)發(fā)射與回收分系統(tǒng)：與發(fā)射(起飛)和回收(著陸)有關(guān)的設(shè)備或裝置，如發(fā)射車、發(fā)射箱、彈射裝置、助推器、起落架、回收傘、攔阻網(wǎng)等；發(fā)射與回收分系統(tǒng)完成無人機(jī)的發(fā)射(起飛)和回收(著陸)任務(wù)。(6)保障與維修分系統(tǒng)：基層級保障維修設(shè)備，基地級保障維修設(shè)備等。保障與維修分系統(tǒng)主要完成無人機(jī)系統(tǒng)的日常維護(hù)，以及無人機(jī)的狀態(tài)測試和維修等任務(wù)。2無人機(jī)的作用和地位無人機(jī)系統(tǒng)以其機(jī)動靈活、持久飛行和“零傷亡”等特點幾乎滲透到戰(zhàn)場空間的各個領(lǐng)域。近期幾次局部戰(zhàn)爭中無人機(jī)的突出表現(xiàn)，更加引起了各國軍方，尤其是軍事強(qiáng)國的高度重視，已成為信息武器裝備體系的關(guān)鍵節(jié)點和重要組成部分，在信息支援、信息對抗和火力打擊等領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用。與有人駕駛飛機(jī)相比，無人機(jī)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下五個方面：一是可長時間執(zhí)行空中任務(wù)；二是可替代有人駕駛飛機(jī)進(jìn)入核/生/化等污染環(huán)境執(zhí)行任務(wù)；三是不存在飛行員傷亡，政治和軍事風(fēng)險較?。凰氖怯捎诓豢紤]人的因素，可承受更大的載荷，飛機(jī)的隱身和機(jī)動性上可實現(xiàn)質(zhì)的飛躍；五是全壽命費用低、作戰(zhàn)效費比高。與衛(wèi)星相比，無人機(jī)系統(tǒng)具有時效性、針對性和靈活性強(qiáng)等優(yōu)勢。由于無人機(jī)系統(tǒng)的突出特點，決定它的地位和作用。無人機(jī)是奪取信息權(quán)的有利工具。無人機(jī)能夠提供長期持久的戰(zhàn)場信息支持服務(wù)，可實時獲取和戰(zhàn)場信息，具有多維一體、全域覆蓋、持續(xù)實時、準(zhǔn)確精細(xì)的信息感知能力；不同類型不同高度的無人機(jī)系統(tǒng)組成了覆蓋戰(zhàn)場低空至臨近空間區(qū)域范圍的通訊、導(dǎo)航和定位等信息支持網(wǎng)絡(luò)，形成靈活、機(jī)動、多層次、立體化的空基和近天基綜合信息支持能力，提高了指揮的效率，增強(qiáng)了作戰(zhàn)的聯(lián)合性和靈活性。無人機(jī)是未來戰(zhàn)場信息對抗的重要支柱。信息對抗，是指對敵方信息系統(tǒng)實施電子干擾、電子欺騙、電子誘餌、網(wǎng)絡(luò)攻擊、和反輻射摧毀。不同類別的無人機(jī)系統(tǒng)能夠滿足戰(zhàn)略、戰(zhàn)役、戰(zhàn)術(shù)多層次的信息對抗能力的需要，能夠提供“軟”“硬”不同類型的信息對抗手段，提供從戰(zhàn)術(shù)信息對抗支援到戰(zhàn)略戰(zhàn)役信息對抗打擊的作戰(zhàn)能力，實現(xiàn)對敵方信息系統(tǒng)全頻段、全時域、全天候的信息攻擊，形成多層次的信息作戰(zhàn)力量體系框架。無人機(jī)將成為空中作戰(zhàn)的主導(dǎo)力量。無人機(jī)將具備時敏目標(biāo)察打能力、對敵縱深重要目標(biāo)精確打擊能力、臨近空間作戰(zhàn)能力和跨大氣層作戰(zhàn)能力，成為21世紀(jì)空中作戰(zhàn)的主導(dǎo)力量。在聯(lián)合作戰(zhàn)中，無人作戰(zhàn)飛機(jī)可執(zhí)行防空壓制任務(wù)，協(xié)調(diào)各種力量對敵領(lǐng)土縱深實施打擊；無人機(jī)與地面和海上力量配合，可為地面和海上兵器指示目標(biāo)和實施火力校射，提高打擊精度；無人機(jī)還可以執(zhí)行戰(zhàn)斗求援、戰(zhàn)場管理、戰(zhàn)區(qū)導(dǎo)彈防御、反雷、心理戰(zhàn)等。無人機(jī)是執(zhí)行最危險任務(wù)的最佳選擇。高技術(shù)信息化戰(zhàn)爭使用精確制導(dǎo)武器的比重越來越大，核、生、化武器并存，殺傷力增大，參戰(zhàn)人員將面臨巨大危險。因此，無人機(jī)能夠代替有人機(jī)執(zhí)行最危險的任務(wù)，最大限度地避免人員傷亡。3無人機(jī)的分類無人機(jī)可以按功能、大小、速度、活動半徑、實用升限、續(xù)航時間等方法進(jìn)行分類。按功能分類：無人機(jī)可以分為軍用無人機(jī)和民用無人機(jī)兩大類。軍用無人機(jī)又分為信息支援、信息對抗、火力打擊三大類，其中信息支援類無人機(jī)包括偵察監(jiān)視、信號情報、目標(biāo)指示、毀傷評估、預(yù)警探測、地形測繪、核生化/輻射和爆炸物偵測、水文監(jiān)測、氣象探測、作戰(zhàn)搜索救援、通信中繼、信息組網(wǎng)等類型無人機(jī)；信息對抗類無人機(jī)包括電子對抗（含電子偵察、電子防護(hù)、電子攻擊）、網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)、誘餌/欺騙、心理戰(zhàn)等類型無人機(jī)；火力打擊類無人機(jī)包括時敏目標(biāo)打擊、對地攻擊、制空作戰(zhàn)、反潛/反艦、地雷/水雷探測、反水雷、防空反導(dǎo)等類型無人機(jī)。民用無人機(jī)包括檢測巡視類無人機(jī)、通信中繼類無人機(jī)、遙感繪制類無人機(jī)和時敏目標(biāo)打擊類無人機(jī)。檢測巡視類無人機(jī)包括氣象監(jiān)測、(火災(zāi)、水災(zāi)、地震等)災(zāi)害監(jiān)測、(交通、水利、地形地貌)環(huán)境監(jiān)測、電力線路和石油管路巡視等類型無人機(jī)；通信中繼類無人機(jī)包括通信中繼、通信組網(wǎng)類無人機(jī)；遙感繪制類無人機(jī)包括海洋、地質(zhì)遙感遙測、地形測繪、礦藏勘測等類型無人機(jī)；時敏目標(biāo)打擊類無人機(jī)包括公安、邊防、海關(guān)巡邏和反恐維和中對時敏目標(biāo)打擊的無人機(jī)。按大小分類：無人機(jī)可以分為微型無人機(jī)、小型無人機(jī)、中型無人機(jī)和大型無人機(jī)。微型無人機(jī)重量一般小于1kg，尺寸在15cm以內(nèi)。小型無人機(jī)重量一般在1～100kg內(nèi)，中型無人機(jī)重量一般在100～1000kg內(nèi)，大型無人機(jī)重量一般大于1000kg。按速度分類：無人機(jī)可以分為低速無人機(jī)、亞音速無人機(jī)、跨音速無人機(jī)、超音速無人機(jī)和高超音速無人機(jī)。低速無人機(jī)速度一般小于0.3Ma(Ma為馬赫數(shù))，亞音速無人機(jī)速度一般在0.3～0.7Ma，跨音速無人機(jī)速度一般在0.7～1.2Ma，超音速無人機(jī)速度一般在1.2～5Ma，高超音速無人機(jī)速度一般大于5Ma。按活動半徑分類：無人機(jī)可以分為超近程無人機(jī)、近程無人機(jī)、短程無人機(jī)、中程無人機(jī)和遠(yuǎn)程無人機(jī)。超近程無人機(jī)活動半徑在5～15km之間，近程無人機(jī)活動半徑在15～50km之間，短程無人機(jī)活動半徑在50～200km之間，中程無人機(jī)活動半徑在200～800km之間，遠(yuǎn)程無人機(jī)活動半徑大于800km。按實用升限分類：無人機(jī)可以分為超低空無人機(jī)、低空無人機(jī)、中空無人機(jī)、高空無人機(jī)和超高空無人機(jī)。超低空無人機(jī)實用升限一般在0～100m之間，低空無人機(jī)實用升限一般在100～1000m之間，中空無人機(jī)實用升限一般在1000～7000m之間，高空無人機(jī)實用升限一般在7000～20000m之間，超高空無人機(jī)實用升限一般大于20000m。按續(xù)航時間分類：無人機(jī)可以分為正常航時無人機(jī)和長航時無人機(jī)。正常航時無人機(jī)續(xù)航時間小于24h，長航時無人機(jī)續(xù)航時間大于或等于24h。4無人機(jī)的發(fā)展雖然無人機(jī)的出現(xiàn)比有人機(jī)早，但由于技術(shù)發(fā)展的限制，早期無人機(jī)發(fā)展很慢，直到上世紀(jì)六十年代，由于戰(zhàn)爭的牽引無人機(jī)才開始發(fā)展，到上世紀(jì)九十年代，由于技術(shù)發(fā)展的推動，無人機(jī)開始加速發(fā)展，目前，無人機(jī)已經(jīng)進(jìn)入了飛速發(fā)展時期。4.1戰(zhàn)爭的牽引作用1960年冷戰(zhàn)期間，美國曾多次派U-2有人駕駛偵察飛機(jī)前往前蘇聯(lián)偵察導(dǎo)彈基地，其中有的U-2被擊落后飛行員被俘，使得美國聲譽(yù)大跌。后來美國改用間諜衛(wèi)星，由于當(dāng)時衛(wèi)星的不足，無法代替有人偵察機(jī)。1962年美國U-2偵察機(jī)再次前往前蘇聯(lián)，飛越古巴時，又被SAM導(dǎo)彈擊毀，由此引發(fā)了采用無人飛行器進(jìn)行偵察的思想，開始研制了D-21，AQM-34，主要功能是照相偵察。越南戰(zhàn)爭期間進(jìn)一步發(fā)展了BQM-34輕型無人機(jī)，功能由照相偵察增加到實時影像，電子情報，電子對抗，實時通訊，散發(fā)傳單，戰(zhàn)場毀傷評估等。隨著戰(zhàn)爭的結(jié)束，人們對無人機(jī)的興趣逐漸淡化，直至1982年以色列與敘利亞在貝卡谷戰(zhàn)爭中，以色列使用無人機(jī)進(jìn)行偵察、干擾、誘敵，無人機(jī)的作用再次被重視和開發(fā)。1985年，美國海軍及海軍陸戰(zhàn)隊購買了以色列AAI及IAI航空工業(yè)公司的“先鋒”系統(tǒng)，該系統(tǒng)在發(fā)展過程中經(jīng)受了大量的嚴(yán)峻考驗。1991年初的海灣戰(zhàn)爭中無人機(jī)已成為“必須有”的戰(zhàn)場能力，六套先鋒（Pioneer）無人機(jī)系統(tǒng)參戰(zhàn)，其中三套在近海岸，出動151架次；兩套在海軍艦艇上，出動46架次；一套在海軍陸戰(zhàn)隊，出動185架次，提供了高品質(zhì)、近實時、全天時的偵察、監(jiān)視、目標(biāo)捕獲、攔截和戰(zhàn)損評估。此時，美國會要求成立“聯(lián)合計劃局”（JPO）,這樣可以在各軍種之間最大限度的發(fā)揮技術(shù)的通用性和相互操作性?？仆嘏c伊拉克的戰(zhàn)爭讓軍事指揮者有機(jī)會在戰(zhàn)斗中使用無人機(jī)，他們發(fā)現(xiàn)無人機(jī)有極高的價值。這場戰(zhàn)爭中有五種無人機(jī)系統(tǒng)參戰(zhàn)：（1）美軍的“先鋒”（Pioneer）;（2）美軍的“敢死蜂”（Exdrone）;（3）美軍的“指針”（Pointer）；（4）法軍的小型遠(yuǎn)程遙控偵察機(jī)（MART）；（5）英軍的CL-289。雖然對無人機(jī)有許多奇聞逸事和成就的渲染，但在此次戰(zhàn)爭中并未起到?jīng)Q定性和關(guān)鍵性的作用。只是給了軍方啟發(fā)，使他們思考無人機(jī)“能做什么”，但可以肯定，無人機(jī)是一種有潛力的重要武器系統(tǒng)。科索沃戰(zhàn)爭中參戰(zhàn)的無人機(jī)有“捕食者（TierII）”，“獵人（Hunter）”，“先鋒”，“紅隼”，“不死鳥”，“米拉奇26”以及“CL-289”等七種無人機(jī)，是歷次戰(zhàn)爭中使用無人機(jī)架次最多的一次，也是發(fā)揮作用最大的一次。1995年第一次俄羅斯車臣反恐戰(zhàn)爭和1999年第二次俄羅斯車臣反恐戰(zhàn)爭中，俄軍使用了無人偵察機(jī)對戰(zhàn)區(qū)進(jìn)行偵察和監(jiān)視，尤其在第二次車臣戰(zhàn)爭中，俄軍的“蜜蜂”無人偵察機(jī)偵察了大量叛軍資料，為俄軍精確打擊提供準(zhǔn)確資料。前述戰(zhàn)爭中，無人機(jī)擔(dān)當(dāng)?shù)闹饕莻刹斓慕巧?，在阿富汗?zhàn)爭中，美國用“捕食者”作為載機(jī)，發(fā)射了“AGM-114C”“海爾法”空地導(dǎo)彈，首次在實戰(zhàn)中實現(xiàn)了無人機(jī)發(fā)射導(dǎo)彈直接對地定點攻擊，進(jìn)一步發(fā)展了作戰(zhàn)無人機(jī)的功能，也是對無人作戰(zhàn)飛機(jī)的實戰(zhàn)使用進(jìn)行了驗證，真正開始了無人化戰(zhàn)爭的起步。2003年的伊拉克戰(zhàn)爭中，美軍使用了10種以上的無人機(jī)支援作戰(zhàn)行動，實現(xiàn)了有人駕駛飛機(jī)與無人機(jī)、空中與地面武器系統(tǒng)的靈活運(yùn)用。歷次參戰(zhàn)的無人機(jī)型號見表1.1。歷次參戰(zhàn)的無人機(jī)完成的主要作戰(zhàn)功能見表1.2。表1.1歷次參戰(zhàn)的無人機(jī)機(jī)型歷次戰(zhàn)爭名稱參戰(zhàn)的無人機(jī)機(jī)型越南戰(zhàn)爭AQM-34“火蜂”、QH－50第四次中東戰(zhàn)爭BQM-74C“石雞”多用途無人機(jī)貝卡谷地空戰(zhàn)“猛犬”1991年海灣戰(zhàn)爭“先鋒”、“敢死蜂”、“指針”，MART,CL-289等1995年科索沃戰(zhàn)爭“捕食者”、“獵人”、“先鋒”、“紅隼”、CL-289、“不死鳥”等俄羅斯車臣反恐戰(zhàn)爭“蜜蜂”－1T、圖－2432001年阿富汗戰(zhàn)爭“捕食者”、“獵人”、“全球鷹”等2003年伊拉克戰(zhàn)爭“捕食者”等十幾種無人機(jī)當(dāng)前美、以反恐行動“捕食者”、“獵人”、“搜索者”表1.2歷次參戰(zhàn)的無人機(jī)完成的主要作戰(zhàn)功能歷次戰(zhàn)爭名稱主要作戰(zhàn)功能偵察欺騙干擾監(jiān)視中繼對地攻擊越南戰(zhàn)爭第四次中東戰(zhàn)爭貝卡谷地空戰(zhàn)1991年海灣戰(zhàn)爭1995年科索沃戰(zhàn)爭俄羅斯車臣反恐戰(zhàn)爭2001年阿富汗戰(zhàn)爭2003年伊拉克戰(zhàn)爭當(dāng)前美、以反恐行動4.2技術(shù)的推動作用航空技術(shù)的發(fā)展是推動無人機(jī)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。無人機(jī)是依賴空氣動力承載飛行的航空器，如何讓無人機(jī)能夠穩(wěn)定可靠飛行，性能越來越好，這依賴于航空技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。航空技術(shù)包括空氣動力技術(shù)、飛行動力學(xué)技術(shù)、航空結(jié)構(gòu)技術(shù)、航空材料技術(shù)、航空發(fā)動機(jī)技術(shù)、飛行控制與導(dǎo)航技術(shù)、航空電子電氣技術(shù)等，早期的航空技術(shù)發(fā)展主要解決無人機(jī)等飛行器能夠飛行的問題，現(xiàn)代航空技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)無人機(jī)向飛行性能越來越高、飛行可靠性越來越好、執(zhí)行任務(wù)的能力越來越強(qiáng)的方向發(fā)展。無線數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的發(fā)展是推動無人機(jī)向可用化和實用化發(fā)展的條件。由于無人機(jī)是機(jī)上無人駕駛，必須靠地面控制站通過無線數(shù)據(jù)鏈實現(xiàn)對其操縱控制和飛行狀態(tài)監(jiān)視，因此無線數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)峭苿訜o人機(jī)向可用化和實用化的條件。無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)请p向體制，上行數(shù)據(jù)鏈實現(xiàn)對無人機(jī)的遙控，下行數(shù)據(jù)鏈實現(xiàn)對無人機(jī)的遙測。無人機(jī)早期數(shù)據(jù)鏈速度低、容量小、抗干擾能力差，只能解決無人機(jī)基本的操縱控制和飛行狀態(tài)監(jiān)視問題，使得無人機(jī)可用?，F(xiàn)代數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的發(fā)展使得無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈向著高速、寬帶、保密、抗截獲、抗干擾能力強(qiáng)的方向發(fā)展，推動無人機(jī)實用化能力越來越強(qiáng)。任務(wù)設(shè)備技術(shù)的發(fā)展推動無人機(jī)向多用途多功能方向發(fā)展。無人機(jī)通過裝載不同的任務(wù)設(shè)備實現(xiàn)不同的功能，如無人機(jī)裝載光電、紅外偵察設(shè)備可實現(xiàn)偵察功能，無人機(jī)裝載通信中繼設(shè)備可實現(xiàn)通信中繼功能，無人機(jī)裝載精確制導(dǎo)武器可實現(xiàn)對空、對地(海)面目標(biāo)攻擊，任務(wù)設(shè)備的種類越多、性能越高，無人機(jī)的用途也就越多、功能也就越強(qiáng)。科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步將對無人機(jī)發(fā)展的推動作用愈來愈強(qiáng)。自主飛行控制技術(shù)發(fā)展推動無人機(jī)向自主和智能化方向邁進(jìn)，材料科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和微機(jī)電技術(shù)發(fā)展將改變無人機(jī)系統(tǒng)平臺設(shè)計理念，新能源技術(shù)發(fā)展將推進(jìn)無人機(jī)實現(xiàn)超長時間飛行能力，高速寬帶網(wǎng)絡(luò)化的數(shù)據(jù)鏈路技術(shù)將實現(xiàn)無人機(jī)組網(wǎng)和互聯(lián)互通，并促進(jìn)無人機(jī)向多機(jī)編隊、無人機(jī)與有人機(jī)聯(lián)合編隊、無人機(jī)與其它(空中、地面、天空)裝備聯(lián)合執(zhí)行多樣化任務(wù)的方向發(fā)展。4.3國外無人機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢自20世紀(jì)90年代起，世界范圍內(nèi)掀起了無人機(jī)系統(tǒng)發(fā)展的新高潮。許多國家將無人機(jī)發(fā)展置于重要地位，投入逐年增加。目前全球共有57個國家研制和發(fā)展無人機(jī)，研制和發(fā)展的無人機(jī)系統(tǒng)974種，其中已成為無人機(jī)產(chǎn)品的有369種。美國占據(jù)無人機(jī)發(fā)展的制高點，以色列起步較早，并在戰(zhàn)術(shù)無人機(jī)、長航時無人機(jī)方面具有特色和優(yōu)勢，俄羅斯始終沒有放松先進(jìn)技術(shù)開發(fā)應(yīng)用研究，歐洲各國則不甘人后，奮起直追，亞洲國家和地區(qū)不斷加快無人機(jī)發(fā)展，第三世界國家也在引進(jìn)、開發(fā)中、小型無人機(jī)。在當(dāng)今無人機(jī)發(fā)展熱潮中，各國無不結(jié)合實際、突出自身特點發(fā)展無人機(jī)。美國是世界上無人機(jī)發(fā)展速度最快、水平最高的國家，美國憑借雄厚的經(jīng)濟(jì)實力和先進(jìn)的技術(shù)支持，在幾十年的時間里研制開發(fā)出上百種無人機(jī)，已經(jīng)形成一個遠(yuǎn)、中、近，高、中、低，大、中、小，用于執(zhí)行戰(zhàn)術(shù)、戰(zhàn)役、戰(zhàn)略作戰(zhàn)需要的各個層面梯次搭配的無人機(jī)體系。裝備部隊主要有十幾種，數(shù)量達(dá)1700多架。美國研制無人機(jī)主要有波音、諾斯.格魯門、通用原子航空系統(tǒng)以及洛克希德.馬丁等幾大公司，研制的無人機(jī)產(chǎn)品主要有“龍眼”(DragonEye)、“掃描鷹”(ScanEagle)、“探路者大烏鴉”(PathfinderRaven)、“影子-200”(Shadow200)、“捕食者”(Predator)、“全球鷹”(GlobalHawk)等固定翼無人機(jī)，以及“火力偵察兵”(FireScout)無人直升機(jī)等，正在研制的無人機(jī)有“鷹眼”傾轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)、“鸕鶿”潛射無人機(jī)、“蜂鳥”無人直升機(jī)、X－47N無人戰(zhàn)斗機(jī)等。美國研制的無人機(jī)代表世界無人機(jī)研制的最高水平，引領(lǐng)著世界無人機(jī)的發(fā)展方向。以色列無人機(jī)研制水平處于緊隨美國之后的世界第二地位，其研制的無人機(jī)覆蓋了所有大小和任務(wù)系列，包括“偵察兵”(Scout)、“先鋒”(Pioneer)、“搜索者”(Searcher)、“獵人”(Hunter)無人機(jī)，以及中空長航時、多用途“赫爾墨斯450”(Hermes450)、“蒼鷺”(Heron)無人機(jī)等，現(xiàn)正在研制具有偵察－打擊能力的“艾坦”(EiTan)高空長航時無人機(jī)，其重量大于4000kg，任務(wù)載荷大于2000kg，續(xù)航時間大于50h。以色列是無人機(jī)系統(tǒng)裝備與技術(shù)最大的輸出國之一。作為航空大國的俄羅斯已發(fā)展的無人機(jī)大多為中、小型戰(zhàn)術(shù)無人機(jī)，如“R-90”無人機(jī)、“圖-141”無人機(jī)，“卡-137”無人直升機(jī)等。隨著俄羅斯經(jīng)濟(jì)的好轉(zhuǎn)，目前俄軍對發(fā)展長航時無人機(jī)、電子戰(zhàn)類無人機(jī)給予高度重視，同時也在探索“鰩魚”（SKAT）無人作戰(zhàn)飛機(jī)的發(fā)展。除了自研項目外，俄羅斯主要航空制造商還積極參與歐洲軍用無人機(jī)方面的合作。進(jìn)入21世紀(jì)后，歐洲為了縮短與美國和以色列在發(fā)展無人機(jī)領(lǐng)域的差距，提高獨立自主能力，大大加強(qiáng)了無人機(jī)的研制力度。歐洲的法國、英國、德國、瑞典、意大利等國家先后啟動了各類無人機(jī)項目。最具代表性的是由法國牽頭研制的無人戰(zhàn)斗機(jī)“神經(jīng)元”項目，該項目有瑞典、意大利、西班牙、瑞士和希臘等國參與，計劃在5年內(nèi)開始演示驗證工作。德國EADS公司正與美國的諾斯.格魯門公司合作制造“歐洲鷹”，是一種“全球鷹”的歐洲版本，主要面向德國軍用遠(yuǎn)程、高空偵察和監(jiān)視需求，著重發(fā)展高級的信號情報獲取能力，同時德國與西班牙還聯(lián)合研制“梭魚”(Barrracuda)無人作戰(zhàn)驗證機(jī)。英國已經(jīng)研制了“大烏鴉”(Corax)低可探測性高空長航時無人機(jī)驗證機(jī)，下一步計劃研制“守望者”(WatchKeeper)無人機(jī)，將為英國地面部隊提供增強(qiáng)的情報、監(jiān)視、目標(biāo)獲取和監(jiān)視(ISTAR)能力。此外，瑞典啟動了“高度先進(jìn)研究布局”(SHARC)攻擊型無人機(jī)設(shè)計研究項目，意大利研制了“天空-X”(SkyX)無人機(jī)。亞洲國家和地區(qū)近年來也在加快無人機(jī)的發(fā)展。日本、印度、韓國、巴基斯坦以及臺灣都已研制出自己的無人機(jī)，在近/短程戰(zhàn)術(shù)無人機(jī)領(lǐng)域已經(jīng)取得一定的突破，并不斷增加對高空長航時無人機(jī)的投資，如日本正在研制飛行高度20000m以上的長航時無人機(jī)，印度正在全面引進(jìn)“蒼鷺”無人機(jī)生產(chǎn)線，印度、印度尼西亞、日本、馬來西亞、菲律賓、新加坡、泰國、韓國和斯里蘭卡等將成立一個購買和使用“全球鷹”無人機(jī)的區(qū)域財團(tuán)聯(lián)合體。隨著新技術(shù)的快速發(fā)展和在實戰(zhàn)中的廣泛應(yīng)用，無人機(jī)系統(tǒng)的概念、任務(wù)和技術(shù)要求都發(fā)生了根本性的變化。無人機(jī)系統(tǒng)的概念，從空間無人飛行器擴(kuò)展到臨近空間無人飛行器；無人機(jī)系統(tǒng)的任務(wù)，從單一的偵察監(jiān)視領(lǐng)域進(jìn)入到信息對抗、通信中繼等領(lǐng)域，正擴(kuò)展到精確打擊、制空作戰(zhàn)等領(lǐng)域；無人機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)一步向自主控制、高生存力、高可靠性、互通互聯(lián)互操作等方向發(fā)展，無人機(jī)未來發(fā)展呈現(xiàn)出如下趨勢：無人機(jī)需求從以產(chǎn)品性能需求向以任務(wù)能力需求轉(zhuǎn)變。在美國國防部發(fā)布2009版的《無人系統(tǒng)綜合路線圖》中明確了無人機(jī)系統(tǒng)所需提供的8類能力：戰(zhàn)場預(yù)警能力，后勤保障能力，軍事運(yùn)用能力，支持網(wǎng)絡(luò)中心能力，部隊防護(hù)能力，軍事支援能力，指揮控制能力，形成了基于任務(wù)能力的無人機(jī)系統(tǒng)需求規(guī)劃與發(fā)展計劃。無人機(jī)平臺向高空長航時大型化和微小型使用靈活化兩極發(fā)展。一方面各國均在發(fā)展中小型無人機(jī)的基礎(chǔ)上，向新技術(shù)更密集、作戰(zhàn)效率更高、覆蓋面積更大、生存力更高的高空、高速、長航時大型無人機(jī)方向發(fā)展；另一方面由于微小型無人機(jī)操作簡便靈活，具有較強(qiáng)的機(jī)動性能和低空飛行優(yōu)勢，隨著全球反恐和特種作戰(zhàn)任務(wù)的需要，各航空強(qiáng)國對微小型無人機(jī)的發(fā)展十分重視。無人機(jī)任務(wù)領(lǐng)域向多樣化方向發(fā)展。美國國防部發(fā)布2007版的《無人系統(tǒng)路線圖》中指出：美國已經(jīng)投入使用及正在發(fā)展的無人機(jī)系統(tǒng)覆蓋了情報、監(jiān)視與偵察，信息對抗，攻擊/時敏目標(biāo)打擊，壓制敵方防空力量、海面封鎖行動等21個任務(wù)領(lǐng)域，這是到目前為止對于無人機(jī)系統(tǒng)可能涉及的任務(wù)領(lǐng)域較為全面的闡述，隨著無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)的任務(wù)領(lǐng)域和功能還在進(jìn)一步拓展。無人機(jī)高度向臨近空間發(fā)展。臨近空間是航天與航空的空間接合部，是航空技術(shù)與航天技術(shù)的交叉，一個大有作為的領(lǐng)域。高高空無人機(jī)等臨近空間裝備在對特定區(qū)域的持續(xù)廣域偵察監(jiān)視、通信中繼、導(dǎo)航、電子戰(zhàn)、導(dǎo)彈防御、空間對抗等方面有著獨特的優(yōu)勢，是陸、海、空、天裝備的重要補(bǔ)充力量，已成為世界武器裝備發(fā)展的焦點領(lǐng)域。當(dāng)今無人機(jī)技術(shù)能夠蓬勃發(fā)展，一個重要的原因就是無人機(jī)技術(shù)能夠不斷與相關(guān)領(lǐng)域的高新技術(shù)融合和互動，不斷開拓新的前沿領(lǐng)域。目前，特殊布局、變體機(jī)翼、先進(jìn)主動流動控制、一體化設(shè)計、多電/全電飛機(jī)、射頻綜合、納米復(fù)合材料、微機(jī)電、高超聲速飛行與高超聲速推進(jìn)、智能蒙皮與智能結(jié)構(gòu)、特種動力裝置等一系列前沿技術(shù)正在不斷產(chǎn)生新的重大突破，無人機(jī)發(fā)展必然更加迅猛。4.4無人機(jī)發(fā)展需要的主要關(guān)鍵技術(shù)未來無人機(jī)向更高、更快、更遠(yuǎn)、更機(jī)動、更高效的方向發(fā)展，需要的主要關(guān)鍵技術(shù)有：平臺技術(shù)（綜合布局、氣動、輕質(zhì)結(jié)構(gòu)、隱身）;大尺寸復(fù)合材料設(shè)計（規(guī)范）、加工工藝（成本）結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，抗紫外線材料，輕質(zhì)材料，耐高溫材料等微型加工裝配技術(shù)、智能材料的應(yīng)用（無舵面柔性機(jī)翼，微型、仿生無人機(jī)）先進(jìn)的發(fā)射回收技術(shù)武器和設(shè)備的小型化及集成化隱身技術(shù)動力技術(shù)通信技術(shù)智能控制技術(shù)空域管理技術(shù)三、無人機(jī)飛行控制、導(dǎo)航與制導(dǎo)技術(shù)1無人機(jī)控制與管理系統(tǒng)的地位與作用飛行控制與管理系統(tǒng)(以下簡稱飛行控制系統(tǒng))是無人機(jī)的關(guān)鍵系統(tǒng)之一。飛行控制系統(tǒng)是無人機(jī)完成起飛(發(fā)射)、空中飛行、執(zhí)行任務(wù)、返場著陸(回收)等整個飛行過程的核心系統(tǒng)，對無人機(jī)實現(xiàn)全權(quán)限控制與管理，因此對無人機(jī)的功能和性能起關(guān)鍵、決定性作用。如果沒有飛行控制系統(tǒng)，現(xiàn)代無人機(jī)就不可能上天飛行，完成各種任務(wù)。2無人機(jī)控制與管理系統(tǒng)的特點與有人駕駛飛機(jī)(有人機(jī))相比，無人機(jī)最大的特點就是“無人”二字，因此無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)與有人機(jī)飛行控制系統(tǒng)相比所具有的特點，也是從這二字而來。首先，飛行控制的范疇不同：有人機(jī)時刻強(qiáng)調(diào)人的作用，飛行控制系統(tǒng)的作用是保證如何發(fā)揮人的主觀能動性，其控制是有權(quán)限的，因此其作用范疇為保證駕駛?cè)藛T方便、靈活、有效地操縱飛機(jī)，有人機(jī)飛行控制系統(tǒng)在飛機(jī)起飛階段、著陸最后階段往往是不參與飛機(jī)控制的；而現(xiàn)代無人機(jī)的整個飛行過程都要靠飛行控制系統(tǒng)來進(jìn)行有效管理與控制，其控制是全時全權(quán)限的，飛行控制系統(tǒng)的作用范疇覆蓋了有人機(jī)飛行控制系統(tǒng)、駕駛員、甚至其它系統(tǒng)(如導(dǎo)航、制導(dǎo)、任務(wù)管理、載荷控制等)的所有功能，在無人機(jī)的整個工作過程，其飛行控制系統(tǒng)都參與無人機(jī)的控制，因此其作用范疇遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于有人機(jī)飛行控制系統(tǒng)。其次，飛行控制的功能與作用不同：根據(jù)有人機(jī)飛行控制系統(tǒng)的作用范疇，有人機(jī)飛行控制系統(tǒng)主要完成飛機(jī)內(nèi)回路的增穩(wěn)與控制(戰(zhàn)斗機(jī)、攻擊機(jī)、直升機(jī)等)，強(qiáng)調(diào)操穩(wěn)性或舒適性，部分飛行控制系統(tǒng)能夠與導(dǎo)航系統(tǒng)耦合，完成外回路的航跡控制(轟炸機(jī)、運(yùn)輸機(jī)等)；而無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)的作用范疇，其飛行控制系統(tǒng)除完成無人機(jī)內(nèi)回路、外回路控制的所有功能外，還能夠完成導(dǎo)航、制導(dǎo)、飛行任務(wù)管理、任務(wù)載荷管理與控制功能，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了飛行控制功能，無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)穩(wěn)定性、控制與導(dǎo)航精度等性能指標(biāo)和任務(wù)管理能力，特別是自主導(dǎo)航能力，因此經(jīng)常被稱為綜合飛行控制系統(tǒng)。最后，飛行控制設(shè)計思想不同：無人機(jī)與有人機(jī)相比，不考慮人的生理限制，可以放寬由人生理限制而產(chǎn)生的對飛行狀態(tài)的控制要求，同時可靠性級別一般低于有人機(jī)，余度配置低，大多采用非余度配置方案，就連美國功能和性能最為完善的“全球鷹”飛行控制系統(tǒng)也僅采用雙余度配置。3無人機(jī)控制與管理系統(tǒng)的組成和功能根據(jù)無人機(jī)發(fā)展的歷史時期和用途的不同，無人機(jī)控制系統(tǒng)在組成和功能上有相當(dāng)大的差別。無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)一般包含傳感器、機(jī)載計算機(jī)和伺服作動設(shè)備三大部分。飛行控制系統(tǒng)的功能如下：a)無人機(jī)姿態(tài)穩(wěn)定與控制；b)無人機(jī)自主導(dǎo)航飛行與航跡控制；c)無人機(jī)起飛(發(fā)射)與著陸(回收)控制；d)無人機(jī)飛行管理；e)無人機(jī)任務(wù)設(shè)備管理與控制；f)應(yīng)急控制；g)信息收集與傳遞。以上所列的功能中第a、d和f項是所有無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)所必須具備的功能，而其它項不是每一種飛行控制系統(tǒng)都具備，也不是每一種無人機(jī)都需要的，根據(jù)具體無人機(jī)種類和型號可進(jìn)行選擇、裁剪和組合。4無人機(jī)控制模式無人機(jī)的飛行控制系統(tǒng)是全時限、全權(quán)限的，飛行控制模式可以分為程序控制（時間程序控制）、遙控（通過地面站遙控指令控制）和自主飛行控制（二維、三維或四維）三種。前二種飛行控制方式常用作靶機(jī)、觀測等類型無人機(jī)的飛行控制，第三種常用于偵察機(jī)、攻擊機(jī)等類型無人機(jī)的飛行控制。在遙控方式下，地面操作手根據(jù)無人機(jī)的狀態(tài)信息和任務(wù)要求控制無人機(jī)的飛行；在自主控制方式下，飛行控制系統(tǒng)根據(jù)傳感器獲取的飛機(jī)狀態(tài)信息和任務(wù)規(guī)劃信息自動控制無人機(jī)的飛行。在半自主控制方式下，飛行控制系統(tǒng)一方面根據(jù)傳感器獲取的飛機(jī)狀態(tài)信息和任務(wù)規(guī)劃信息自主控制無人機(jī)的飛行，另一方面，接收地面控制站的遙控指令，改變飛行狀態(tài)。5機(jī)載傳感器無人機(jī)飛控系統(tǒng)常用的傳感器包括角速率傳感器、姿態(tài)傳感器、航向傳感器、高度空速傳感器、飛機(jī)位置傳感器、迎角傳感器、過載傳感器等。傳感器的選擇應(yīng)根據(jù)實際系統(tǒng)的控制需要，在控制律初步設(shè)計與仿真的基礎(chǔ)上進(jìn)行。1)角速率傳感器角速率傳感器是飛控系統(tǒng)的基本傳感器之一，用于感受無人機(jī)繞機(jī)體軸的轉(zhuǎn)動角速率，以構(gòu)成角速率反饋，改善系統(tǒng)的阻尼特性、提高穩(wěn)定性。角速率傳感器的選擇要考慮其測量范圍、精度、輸出特性、帶寬等。角速率傳感器應(yīng)安裝在無人機(jī)重心附近、一階彎振的波節(jié)處，安裝軸線與要感受的機(jī)體軸向平行，并特別注意極性的正確性。2）姿態(tài)、航向傳感器姿態(tài)傳感器用于感受無人機(jī)的俯仰和滾轉(zhuǎn)角度，航向傳感器用于感受無人機(jī)的航向角。姿態(tài)、航向傳感器是無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)的重要組成部分，用于實現(xiàn)姿態(tài)航向穩(wěn)定與控制功能。姿態(tài)、航向傳感器的選擇要考慮其測量范圍、精度、輸出特性、動態(tài)特性等。姿態(tài)、航向傳感器應(yīng)安裝在飛機(jī)重心附近，振動盡可能要小，有較高的安裝精度要求。對于磁航向傳感器要安裝在受鐵磁性物質(zhì)影響最小且相對固定的地方，安裝件應(yīng)采用非磁性材料制造。3）高度、空速傳感器（或大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)）高度、空速傳感器（或大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)）用于感受無人機(jī)的飛行高度和空速，是高度保持和空速保持的必備傳感器。一般和空速管、通氣管路構(gòu)成大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)。高度、空速傳感器的選擇主要考慮測量范圍和測量精度。其安裝一般要求在空速管附近，盡量縮短管路。4）飛機(jī)位置傳感器飛機(jī)位置傳感器用于感受飛機(jī)的位置，是飛行軌跡控制的必要前提。慣性導(dǎo)航設(shè)備、GPS衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)是典型的位置傳感器。飛機(jī)位置傳感器的選擇一般考慮與飛行時間相關(guān)的導(dǎo)航精度、成本和可用性等問題。慣性導(dǎo)航設(shè)備有安裝位置和較高的安裝精度要求，GPS接收機(jī)的安裝主要應(yīng)避免天線的遮擋問題。6引導(dǎo)設(shè)備精確引導(dǎo)是無人機(jī)自動著陸的基礎(chǔ)。由于使用簡易的機(jī)場，顯然不可能使用一般的儀表著陸系統(tǒng)或者微波著陸系統(tǒng)。在此前提下，還有如下方法可供選擇。1)全球定位系統(tǒng)（GPS）GPS是目前為止定位精度最高的導(dǎo)航設(shè)施,在世界各國有著廣泛的應(yīng)用。在SA取消后,商用GPS(C/A碼)的定位精度大大提高,經(jīng)過差分后（DGPS）可以提供精密進(jìn)場著陸所需的飛機(jī)定位信息。GPS作為精密進(jìn)場著陸引導(dǎo)系統(tǒng)時必須與INS和無線電高度表相組合。因為GPS易受美國的制約，不宜對其過分依賴。2)區(qū)域定位系統(tǒng)（RPS）區(qū)域定位系統(tǒng)（RPS）通過在地面一定區(qū)域內(nèi)放置4～6個在功能上相當(dāng)于定位衛(wèi)星的設(shè)備（可稱為偽衛(wèi)星）來實現(xiàn)對空中目標(biāo)的定位。該技術(shù)的詳細(xì)情況國內(nèi)有關(guān)廠所正在進(jìn)一步的研究中。3)地面輔助引導(dǎo)設(shè)施通過地面的精密光學(xué)系統(tǒng)或者導(dǎo)引雷達(dá)對飛機(jī)定位，再由上行數(shù)據(jù)鏈將定位信息傳給飛控計算機(jī)(圖3-1)。最為現(xiàn)實的方法是本系統(tǒng)配備的地面測控系統(tǒng)視距鏈路。該鏈路具有的高精度無線電定位功能可用于起飛/著陸過程中無人機(jī)的空中定位。只要將其放置于跑道附近一定的區(qū)域中，在不附加任何設(shè)備的情況下可實現(xiàn)較好的地面引導(dǎo)。4)視見引導(dǎo)利用無人機(jī)上光電設(shè)備（此時應(yīng)鎖定在一定的角度上）實時拍攝的機(jī)場景象迭加無人機(jī)的姿態(tài)、航向、空速、高度等信息，形成類似于有人機(jī)上的平顯畫面，并結(jié)合機(jī)場人員對于無人機(jī)的目視結(jié)果，人工引導(dǎo)飛機(jī)進(jìn)場著陸。視起飛/著陸的不同階段和導(dǎo)引設(shè)備的可用度采用全自動/半自動/人工（遙控）多種引導(dǎo)與控制方式相結(jié)合的方案。在導(dǎo)引設(shè)備上，將DGPS/INS/無線電高度表組合定位系統(tǒng)作為主引導(dǎo)系統(tǒng)。當(dāng)DGPS不可用時，再用備用的視距內(nèi)測控鏈路代替DGPS,產(chǎn)生自動引導(dǎo)所需的定位數(shù)據(jù)。在更為苛刻的條件下（比如主、輔引導(dǎo)設(shè)施都無法使用時），采用視見或純目視人工引導(dǎo)方法。在DGPS可用的情況下，實現(xiàn)全自動的起飛與著陸。在DGPS不可用的情況下，如果備用的地面輔助導(dǎo)引設(shè)備具有精密進(jìn)場所需的定位精度（比如CARS的引進(jìn)成功）,仍可實現(xiàn)全自動的起飛與著陸。如果地面輔助導(dǎo)引設(shè)備的定位精度稍低（比如目前的測控系統(tǒng)視距內(nèi)數(shù)據(jù)鏈），則可自動將飛機(jī)引導(dǎo)到跑道上空一定區(qū)域內(nèi)，然后采用半自動或遙控方式控制無人機(jī)著陸。當(dāng)?shù)孛嬉龑?dǎo)設(shè)備也不可用時，結(jié)合視見或純目視引導(dǎo)，采用半自動或遙控方式控制無人機(jī)著陸。地面測控設(shè)備數(shù)據(jù)鏈地面測控設(shè)備數(shù)據(jù)鏈飛控與管理子系統(tǒng)機(jī)載測控終端精密導(dǎo)引雷達(dá)/光學(xué)系統(tǒng)地面計算機(jī)圖3-1地面輔助導(dǎo)引原理框圖7伺服機(jī)構(gòu)伺服作動設(shè)備也稱舵機(jī)，是飛控系統(tǒng)的執(zhí)行部件。其作用在于接收飛行控制指令，進(jìn)行功率放大，并驅(qū)動舵面或發(fā)動機(jī)節(jié)風(fēng)門偏轉(zhuǎn)，從而達(dá)到控制無人機(jī)姿態(tài)和軌跡的目的。伺服作動設(shè)備可分為電動伺服作動設(shè)備、液壓伺服作動設(shè)備和電液混合伺服作動設(shè)備。無人機(jī)上通常使用電動伺服作動設(shè)備。伺服作動設(shè)備的設(shè)計要求主要有以下方面：1）性能要求a)最大輸出力矩最大輸出力矩指額定工作狀態(tài)下伺服作動設(shè)備能夠輸出的最大力矩，該力矩應(yīng)該大于折合到舵面相應(yīng)位置的最大氣動鉸鏈力矩（或節(jié)風(fēng)門偏轉(zhuǎn)力矩）。b)偏轉(zhuǎn)范圍伺服作動設(shè)備的偏轉(zhuǎn)范圍應(yīng)滿足相應(yīng)舵面（或節(jié)風(fēng)門）偏轉(zhuǎn)范圍的要求。c)頻帶伺服作動設(shè)備的頻帶一般應(yīng)為無控飛機(jī)自然頻帶的3～5倍。d)間隙在工藝允許的情況下，伺服作動設(shè)備的間隙應(yīng)盡可能的減小。e)跟蹤精度伺服作動設(shè)備輸出跟蹤輸入的精度應(yīng)滿足一定的要求。2）外形尺寸與安裝要求伺服作動設(shè)備的安裝空間一般較小，應(yīng)注意外形尺寸和安裝要求的限制，特別是輸出搖臂與舵面之間的連接方式、零位和偏轉(zhuǎn)方向要求。8飛行控制律飛行控制律是飛行控制系統(tǒng)一個重要組成部分，它是指令及各種外部信息到飛機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的一種映射關(guān)系。飛行控制律的設(shè)計就是確定這種映射關(guān)系，使飛機(jī)在整個飛行包線內(nèi)具有符合系統(tǒng)要求的飛行品質(zhì)。飛行控制律設(shè)計的依據(jù)是系統(tǒng)研制任務(wù)合同及相關(guān)頂層技術(shù)文件。根據(jù)這些文件具體形成在具有控制系統(tǒng)下飛機(jī)的各種品質(zhì)或性能，在對無控飛機(jī)的特性進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，為達(dá)到所要求的飛行品質(zhì)或性能，確定初步的控制律結(jié)構(gòu)，然后應(yīng)用自動控制的設(shè)計方法具體確定控制律參數(shù)。通過非線性全量仿真、半物理仿真及飛行試驗，驗證或調(diào)整控制律結(jié)構(gòu)及參數(shù)，使飛行品質(zhì)或性能達(dá)到要求?？刂坡稍O(shè)計過程是一個迭代回歸的過程。8.1控制律結(jié)構(gòu)首先應(yīng)明確飛機(jī)的控制面。一般控制面由升降舵、副翼、方向舵、襟翼、鴨翼、減速板等。根據(jù)對無人機(jī)的性能要求及無控?zé)o人機(jī)的特性確定控制律結(jié)構(gòu)。控制律包括縱向控制律和橫航向控制律。根據(jù)無人機(jī)的任務(wù)要求，選擇以下控制律結(jié)構(gòu)。8.2俯仰角穩(wěn)定與控制俯仰角穩(wěn)定與控制回路一般需要俯仰角及俯仰角速度反饋信號，其一般控制律結(jié)構(gòu)如圖3－2所示。圖3－2俯仰角穩(wěn)定與控制結(jié)構(gòu)圖3－2中前向控制通道可采用比例或比例+積分的形式，采用比例形式時控制存在靜差，采用比例+積分形式時控制沒有靜差。根據(jù)具體需求選取前向控制通道的形式。俯仰角速度反饋用于增加短周期阻尼。8.3滾轉(zhuǎn)角穩(wěn)定及控制滾轉(zhuǎn)角穩(wěn)定與控制回路一般需要滾轉(zhuǎn)角及滾轉(zhuǎn)角速度反饋信號，其一般控制律結(jié)構(gòu)如圖3－3所示。圖3－3滾轉(zhuǎn)角穩(wěn)定與控制結(jié)構(gòu)圖3－3中前向控制通道一般采用比例或比例+積分的形式。滾轉(zhuǎn)角速度反饋用于增加滾轉(zhuǎn)阻尼。對具有較大自然阻尼特性的飛機(jī)可略去滾轉(zhuǎn)角速度反饋。8.4航向穩(wěn)定與控制航向角穩(wěn)定與控制一般結(jié)構(gòu)如圖3－4所示。其中，圖3－4(a)的控制結(jié)構(gòu)通過副翼進(jìn)行航向控制，具有較高的控制效率，但控制中側(cè)滑角較大；圖3－4(b)利用方向舵進(jìn)行航向控制，該形式的控制效率較低，所引入的滾轉(zhuǎn)角反饋用于部分消除側(cè)滑角；圖3－4(c)則利用副翼和方向舵聯(lián)合控制航向角，具有控制效率高及側(cè)滑角小的特點。以上所引入的滾轉(zhuǎn)角速度和航向角速度用于增角阻尼。(a)(b)(c)圖3－4航向角穩(wěn)定與控制結(jié)構(gòu)8.5高度控制高度控制由俯仰內(nèi)回路及外回路組成。俯仰內(nèi)回路一般由俯仰角和俯仰角速度反饋組成，高度控制的外回路一般采用比例+積分+微分的形式，如圖3－5所示。圖3－5高度控制結(jié)構(gòu)8.6空速控制空速控制分為節(jié)風(fēng)門空速控制、俯仰空速控制和阻力空速控制。節(jié)風(fēng)門空速控制通過調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)節(jié)風(fēng)門實現(xiàn)空速的控制，俯仰空速控制通過升降舵偏轉(zhuǎn)使飛機(jī)攻角變化，從而改變飛機(jī)空氣動力實現(xiàn)空速的控制，阻力空速控制通過阻力板的偏轉(zhuǎn)改變阻力實現(xiàn)空速的控制。節(jié)風(fēng)門空速控制的結(jié)構(gòu)如圖3－6所示，俯仰空速控制結(jié)構(gòu)如圖3－7所示，阻力空速控制結(jié)構(gòu)如圖3－8所示。由于發(fā)動機(jī)一般具有較大的時間延遲，因此節(jié)風(fēng)門空速控制一般相對緩慢，俯仰空速控制和阻力空速控制具有響應(yīng)相對快的特點。圖3－6發(fā)動機(jī)節(jié)風(fēng)門空速控制結(jié)構(gòu)圖3－7俯仰空速控制結(jié)構(gòu)圖3－8阻力空速控制結(jié)構(gòu)8.7側(cè)向偏離控制側(cè)向偏離控制可實現(xiàn)側(cè)向航跡控制。側(cè)向偏離控制一般通過飛機(jī)的滾轉(zhuǎn)控制實現(xiàn)，它由滾轉(zhuǎn)內(nèi)回路和側(cè)偏外回路組成，如圖3－9所示。側(cè)偏距離為相對于期望航線的距離，即期望航線與實際航線之差。圖3－9a結(jié)構(gòu)為有差控制，一般用于巡航飛行階段，圖3－9(a)側(cè)偏距離控制結(jié)構(gòu)(b)側(cè)偏距離控制結(jié)構(gòu)圖3－9側(cè)偏控制結(jié)構(gòu)8.8升降速度控制升降速度控制一般用于自動輪式著陸的拉平階段，其控制結(jié)構(gòu)由俯仰內(nèi)回路和升降速度外回路組成，如圖3－10所示。圖3－10升降速度控制結(jié)構(gòu)9導(dǎo)航系統(tǒng)9.1導(dǎo)航系統(tǒng)的功能與分類將運(yùn)載體按規(guī)定的計劃和要求，從起始點引導(dǎo)到目的地的過程稱為導(dǎo)航。用來完成上述引導(dǎo)任務(wù)的設(shè)備稱為導(dǎo)航系統(tǒng)。導(dǎo)航系統(tǒng)是無人機(jī)的重要組成部分。它的任務(wù)是確定無人機(jī)相對于所選定的參考坐標(biāo)系的位置、速度、飛行姿態(tài)，引導(dǎo)無人機(jī)沿規(guī)定的航線安全、按時、準(zhǔn)確地從一點飛到另一點。無人機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)主要具有以下功能：⑴獲得必要的導(dǎo)航要素：高度、速度、姿態(tài)、航向；⑵給出滿足精度要求的定位信息：經(jīng)度、緯度；⑶引導(dǎo)飛機(jī)按規(guī)定計劃飛行；⑷接收預(yù)定任務(wù)航線計劃的裝定、并對任務(wù)航線的執(zhí)行進(jìn)行動態(tài)管理；⑸接收地面指揮控制站的導(dǎo)航模式控制指令并執(zhí)行；并具有指令導(dǎo)航模式與按預(yù)定航線飛行模式相互切換的功能；⑹具有接收并融合無人機(jī)其它設(shè)備的輔助導(dǎo)航定位信息的能力；⑺配合其它系統(tǒng)完成軍事上的各種任務(wù)。導(dǎo)航方法通常分為自主與非自主兩大類。所謂自主導(dǎo)航，其嚴(yán)格的定義為：運(yùn)動體完全依靠所載的設(shè)備，自主地完成導(dǎo)航任務(wù)，和外界不發(fā)生任何光、電聯(lián)系；否則，稱為非自主導(dǎo)航。自主導(dǎo)航隱蔽性好，導(dǎo)航信息不依靠外界條件的支持。無人機(jī)自主導(dǎo)航至今尚無完全統(tǒng)一的定義。在20世紀(jì)70年代初，美國學(xué)者Lemay提出用以下4個特點來代表航天器自主導(dǎo)航的概念：⑴自給或者獨立；⑵實時；⑶無發(fā)射；⑷不依靠地面站。無人機(jī)自主導(dǎo)航暫時引用航天器自主導(dǎo)航的上述概念。9.2非自主式導(dǎo)航系統(tǒng)非自主式導(dǎo)航系統(tǒng)主要指機(jī)載設(shè)備依靠外部基準(zhǔn)(地面基準(zhǔn)或衛(wèi)星基準(zhǔn))導(dǎo)航臺獲取導(dǎo)航信息、數(shù)據(jù)的一種導(dǎo)航方式，如無線電導(dǎo)航定位法。具體地，它是通過測量無線電電波從發(fā)射臺(已知位置或通過計算可獲得)到用戶接收機(jī)的傳輸時間來定位的一種方法，也可以通過測量無線電信號的相位或相角來定位的一種方法。按照發(fā)射機(jī)或轉(zhuǎn)發(fā)器所在的位置，無線電導(dǎo)航可分為地面基導(dǎo)航系統(tǒng)或空間基導(dǎo)航系統(tǒng)。這類系統(tǒng)的缺點是系統(tǒng)功能和性能受地基設(shè)備的限制，尤其嚴(yán)重的是戰(zhàn)時易受到敵方的破壞和干擾。無線電導(dǎo)航主要分為如下幾類：(1)無線電跟蹤定位系統(tǒng)無線電數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)完成對無人機(jī)的跟蹤測角與測距，實現(xiàn)對無人機(jī)的跟蹤定位。由無線電數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的地面設(shè)備獲得飛機(jī)的方位、斜距，與機(jī)載傳感器獲得的氣壓高度一起構(gòu)成飛機(jī)的三維位置坐標(biāo)。(2)雙曲線系統(tǒng)我國新近研制的“北斗”衛(wèi)星定位系統(tǒng)屬于雙曲線系統(tǒng)。在已知運(yùn)載體的高度條件下，利用兩顆同步衛(wèi)星完成運(yùn)載體的水平定位。其水平定位精度與運(yùn)載體的高度測量精度直接相關(guān)。(3)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是一種全新的空基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，具有全天候、全區(qū)域和連續(xù)精確定位能力，其中美國研制成功的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)是當(dāng)前最先進(jìn)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，前蘇聯(lián)研制的GLONASS系統(tǒng)與之類似。目前，無人機(jī)最常用的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為GPS、GPS+GLONASS組合系統(tǒng)。a)全球定位系統(tǒng)(GPS)GPS系統(tǒng)是由美國開發(fā)的用來授時和測距定位的導(dǎo)航系統(tǒng)，其基本原理是，通過用戶的GPS接收機(jī)將分布于空間的GPS衛(wèi)星作為觀察對象,接收它發(fā)射的星歷數(shù)據(jù),經(jīng)過處理后,測得它到達(dá)用戶(或無人機(jī))的觀測距離(稱為測碼偽距)。若能同時觀察到四顆以上的衛(wèi)星，即可得到含x、y、z及接收機(jī)鐘差導(dǎo)致的誤差項在內(nèi)的四元方程組，通過解算就獲得其定位信息。GPS用戶接收機(jī)分為民用CA碼和軍用P碼兩類接收機(jī)。對CA碼接收機(jī)按信號接收和處理原理，又分為CA碼偽距接收機(jī)和CA碼載波相位接收機(jī)。在實際應(yīng)用上為了獲得較高的位置精度，常采用機(jī)上差分(或者稱正向差分)方式，成為差分GPS系統(tǒng)(DGPS)。這種方式由地面基準(zhǔn)站的實時觀測同一區(qū)域的衛(wèi)星參數(shù)，將其定位信息與地面基準(zhǔn)比較，并將差分誤差信息發(fā)送給機(jī)載GPS接收機(jī)；機(jī)載設(shè)備接收差分信息后進(jìn)行差分，消除誤差后送出高精度定位信息。b)全球軌道導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)(GLONASS)GLONASS是由前蘇聯(lián)開發(fā)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。它與GPS的主要差別在于：GLONASS采用頻分制，即每顆衛(wèi)星采用不同的射電頻率；而GPS是采用碼分制。(4)無線電著陸系統(tǒng)用于引導(dǎo)無人機(jī)滑跑進(jìn)場著陸。9.3自主式導(dǎo)航系統(tǒng)(1)航程推算(DR)系統(tǒng)航程推算是利用空速、磁航向、飛機(jī)姿態(tài)及風(fēng)場等參數(shù)進(jìn)行濾波再積分推算出水平方向的位置坐標(biāo)，與機(jī)載氣壓高度值組成三維飛機(jī)坐標(biāo)，連續(xù)輸出。其優(yōu)點是完全自主且成本低廉，缺點是由于受機(jī)載傳感器精度偏低以及難于獲取準(zhǔn)確風(fēng)場信息的影響，推算精度低，且隨著推算時間的增加，累積誤差越來越大。(2)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)慣性導(dǎo)航利用慣性敏感元件測量飛機(jī)相對慣性空間的線運(yùn)動和角運(yùn)動參數(shù)。在給定的運(yùn)動初始條件下，由計算機(jī)推算出飛機(jī)的姿態(tài)、方位、速度和位置等參數(shù)，引導(dǎo)飛機(jī)完成規(guī)定的飛行任務(wù)。慣導(dǎo)系統(tǒng)的分類可以根據(jù)結(jié)構(gòu)形式分為三環(huán)平臺、四環(huán)平臺和無環(huán)(“數(shù)學(xué)”)平臺式慣導(dǎo)系統(tǒng)；還可根據(jù)慣性元件的不同分為液浮陀螺、撓性陀螺、激光陀螺和二自由度陀螺、三自由度陀螺等構(gòu)成的慣導(dǎo)系統(tǒng)；目前比較普遍的是根據(jù)參考坐標(biāo)系的方式分類，對于近地面的慣性導(dǎo)航來說，主要的導(dǎo)航參數(shù)都是由導(dǎo)航坐標(biāo)系相對慣性坐標(biāo)系的位置關(guān)系求出的。根據(jù)慣導(dǎo)系統(tǒng)實現(xiàn)這兩種參考坐標(biāo)系的方式不同，可以分為三種類型：幾何式、解析式和半解析式。目前航空慣性導(dǎo)航系統(tǒng)幾乎都屬于半解析式慣導(dǎo)系統(tǒng)，目前常用的此類系統(tǒng)可分為平臺式慣導(dǎo)系統(tǒng)和捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的突出優(yōu)點是自主性強(qiáng)，它可以連續(xù)地提供包括姿態(tài)基準(zhǔn)在內(nèi)的全部導(dǎo)航信息與制導(dǎo)信息，并且具有很好的短期精度和穩(wěn)定性。但是，從初始對準(zhǔn)開始，其導(dǎo)航誤差隨時間增加。同時，對一般慣導(dǎo)系統(tǒng)來說，加溫和初始對準(zhǔn)所需的時間也比較長，這對遠(yuǎn)距離、高精度的導(dǎo)航和某些特定條件下的快速反應(yīng)等性能要求，就成了突出的問題。正因如此，對單純的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)來說，就需要具有高質(zhì)量的慣性元件和溫度控制系統(tǒng)，尤其是陀螺。然而要研制高精度的慣性元件要花費相當(dāng)大的精力和經(jīng)濟(jì)代價。(3)地形匹配/景象匹配輔助定位系統(tǒng)地形輪廓匹配和景象匹配都屬于相關(guān)匹配技術(shù)，其基本原理相同。即利用機(jī)載計算機(jī)預(yù)先存儲的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)(數(shù)字地圖或景象圖)，與飛機(jī)飛到預(yù)定位置時機(jī)載傳感器測出的地形輪廓或?qū)崟r景象圖進(jìn)行相關(guān)處理，確定出飛機(jī)當(dāng)前位置，進(jìn)而得到偏離預(yù)定位置的縱向和橫向偏差，對慣導(dǎo)或其他導(dǎo)航設(shè)備進(jìn)行修正。地形匹配與慣導(dǎo)組合是完全自主的導(dǎo)航系統(tǒng)，是一種很好的輔助修正定位手段，適應(yīng)于丘陵、低高度地區(qū)，不適宜在非常平坦的地帶和海平面上工作。景象匹配定位輔助導(dǎo)航技術(shù)，是基于地表特征與地理位置之間的對應(yīng)關(guān)系，實現(xiàn)精確導(dǎo)航或制導(dǎo)的一種先進(jìn)技術(shù)。具體地，它把兩個不同傳感器從同一地塊錄取下來的兩幅景象圖在空間上進(jìn)行對準(zhǔn)，由此可確定飛機(jī)實際飛行的地理位置及其與標(biāo)準(zhǔn)位置的偏差。其基本原理為：在飛機(jī)執(zhí)行任務(wù)前形成景象匹配的基準(zhǔn)圖。在飛行過程中，利用機(jī)載傳感器攝取實時景象圖，并從基準(zhǔn)圖中裁取大小適中的圖像塊，作為匹配的搜索區(qū)域進(jìn)行匹配，最終獲得飛機(jī)當(dāng)前的確切位置。景象匹配速度慢，如何提高匹配與搜索的準(zhǔn)確性和快速性，是實現(xiàn)飛機(jī)實時景象匹配導(dǎo)航的技術(shù)關(guān)鍵。(4)天文導(dǎo)航天文導(dǎo)航是利用光學(xué)儀器觀測星體高度角和方位角，進(jìn)而確定飛機(jī)的位置。星體跟蹤器，就是利用光學(xué)或射電望遠(yuǎn)鏡接收星體發(fā)射的電磁波進(jìn)而測量高度角及方位角，推算飛機(jī)在地球上的位置及航向。在空氣稀薄的高空，天文導(dǎo)航是比較理想的；但在低空，天文導(dǎo)航受到云層及氣象條件的限制。9.4組合導(dǎo)航系統(tǒng)每一種導(dǎo)航設(shè)備單獨使用，都有其優(yōu)缺點。如廣泛使用的GPS，其優(yōu)點是體積小、價格低、定位精度高；缺點也是顯著的：非自主，易受干擾和電子欺騙等。慣導(dǎo)系統(tǒng)(INS)其優(yōu)點是完全自主，且可以以很高的數(shù)據(jù)率實時輸出載體的位置、速度和姿態(tài)等導(dǎo)航參數(shù)；其缺點是導(dǎo)航定位誤差會隨時間積累增大。無人機(jī)不同于導(dǎo)彈，待機(jī)時間很長，慣導(dǎo)系統(tǒng)單獨長時間工作無法滿足導(dǎo)航精度要求。而組合導(dǎo)航系統(tǒng)是現(xiàn)代無人機(jī)導(dǎo)航的一個主要發(fā)展方向。通過組合，取長補(bǔ)短，可顯著提高系統(tǒng)的導(dǎo)航精度，增強(qiáng)可靠性。無人機(jī)常用的組合導(dǎo)航系統(tǒng)有：(1)INS/GPS組合INS/GPS組合，具有慣導(dǎo)系統(tǒng)較高的相對精度與GPS較高的絕對精度的結(jié)合，比單一導(dǎo)航形式具有更高的精度和更好的性能。而且，利用故障自動檢測和軟件控制，可實現(xiàn)不同工作方式的自動轉(zhuǎn)換。當(dāng)GPS受到干擾時，慣導(dǎo)系統(tǒng)仍能可靠地工作。根據(jù)不同的應(yīng)用技術(shù)，其組合有不同的方式：即組合的深度不同。按組合深度分類，可以分為松散組合及緊密組合兩大類。松散組合的主要特點是：GPS和慣導(dǎo)獨立工作，組合僅表現(xiàn)在GPS輔助慣導(dǎo)。緊密組合的特點是GPS和慣導(dǎo)系統(tǒng)相互輔助。(2)航程推算(DR)/衛(wèi)星定位系統(tǒng)組合以GPS或GPS+GLONASS或北斗衛(wèi)星定位信息為依據(jù)，與航程推算(DR)組合進(jìn)行導(dǎo)航。在飛行過程中，利用衛(wèi)星定位信息和機(jī)載傳感器信息，進(jìn)行風(fēng)場估計，實時修正航程推算模型。在衛(wèi)星定位失效的情況下，利用失效前估計出的風(fēng)場信息或利用預(yù)先裝定的任務(wù)規(guī)劃數(shù)據(jù)中氣象預(yù)測的風(fēng)場信息以及機(jī)載傳感器信息，進(jìn)行航程推算定位。航程推算與衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)存在很強(qiáng)的互補(bǔ)關(guān)系，一方面，衛(wèi)星定位提供的絕對位置信息可以為DR提供推算定位的初試值并進(jìn)行誤差修正；另一方面，DR的推算結(jié)果連續(xù)性和自主性好，可用于補(bǔ)償衛(wèi)星定位的不連續(xù)性，提高定位數(shù)據(jù)輸出的頻率。(3)航程推算/GPS/無線電定位組合導(dǎo)航系統(tǒng)當(dāng)GPS定位狀態(tài)正常時，用GPS修正航程推算；GPS受干擾工作不正常時，當(dāng)無線電數(shù)據(jù)鏈信道暢通時，切換到無線電定位，對DR進(jìn)行修正。(4)INS/GPS/地形匹配組合導(dǎo)航其硬件組成如下表：表3－1INS/GPS/地形匹配組合導(dǎo)航硬件組成硬件組成功能無線電高度表測量飛機(jī)相對地面的相對高度氣壓高度表測量飛機(jī)的海拔高度慣導(dǎo)設(shè)備為飛機(jī)提供導(dǎo)航定位信息導(dǎo)航計算機(jī)對規(guī)劃航跡實時管理，完成導(dǎo)航計算大容量存儲器存儲數(shù)字地圖數(shù)據(jù)完成相關(guān)運(yùn)算的硬件設(shè)備完成相關(guān)匹配運(yùn)算軟件數(shù)字相關(guān)算法的實現(xiàn)、數(shù)字地圖數(shù)據(jù)的調(diào)度等GPS為飛機(jī)提供導(dǎo)航定位信息地形匹配具有以下特點：適合低空飛行，相對定位精度高，自主不受外部影響，其基本上是一種軟件功能。利用GPS與地形匹配的互補(bǔ)特性再與INS組合所構(gòu)成的導(dǎo)航系統(tǒng)在各類戰(zhàn)術(shù)無人機(jī)中可發(fā)揮重要作用。(5)慣導(dǎo)(INS)/衛(wèi)星導(dǎo)航/合成孔徑雷達(dá)(SAR)組合導(dǎo)航系統(tǒng)SAR是一種基于距離－多普勒二維分辨原理的成像雷達(dá)。通過對SAR獲得的雷達(dá)圖像信息與預(yù)先存儲的數(shù)字地圖進(jìn)行比較與辯識，確定飛機(jī)的所處的即時位置。其精度取決于數(shù)字地圖的精度和雷達(dá)圖像的分辨率。將獲得的定位數(shù)據(jù)對INS進(jìn)行修正。而INS的定位輸出為雷達(dá)圖像與數(shù)字地圖提供了進(jìn)行匹配的范圍。同時，雷達(dá)成像時，飛機(jī)速度的變化及天線姿態(tài)的穩(wěn)定影響成像質(zhì)量，為提高其成像質(zhì)量，需按INS所提供的速度及姿態(tài)信息對其進(jìn)行運(yùn)動補(bǔ)償，這樣，利用INS和SAR的互補(bǔ)性和相互依賴性，再加上GPS,增加系統(tǒng)的冗余性，形成一種先進(jìn)的組合導(dǎo)航系統(tǒng)，目前尚不成熟，是未來無人機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展方向。9.5導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展趨勢未來無人機(jī)的發(fā)展，對導(dǎo)航系統(tǒng)的性能要求都在不斷提高，如威脅回避和任務(wù)優(yōu)化、地形回避、武器投放點的信息、自動進(jìn)場著陸回收等，均需要導(dǎo)航系統(tǒng)提供實時的高精度導(dǎo)航信息。未來發(fā)展對導(dǎo)航系統(tǒng)的性能要求，概括起來為：高精度、高可靠性和可用性、高度的自主和高動態(tài)性能及高抗干擾性能。這樣對于復(fù)雜的無人機(jī)系統(tǒng)，任何單一的導(dǎo)航設(shè)備或兩兩導(dǎo)航設(shè)備組合的導(dǎo)航系統(tǒng)，從性能、成本上考慮都難以勝任。因此，利用機(jī)載的各種導(dǎo)航傳感器(具有獨立的硬件和一定導(dǎo)航功能的系統(tǒng))，采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)融合、濾波技術(shù)和智能化技術(shù)，構(gòu)成以慣性為基礎(chǔ)的“慣性/多傳感器導(dǎo)航系統(tǒng)”是滿足未來無人機(jī)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求的主要發(fā)展趨勢。10制導(dǎo)系統(tǒng)10.1制導(dǎo)系統(tǒng)的功能與分類制導(dǎo)系統(tǒng)的任務(wù)就是確定一條航線，使無人機(jī)由當(dāng)前的位置和速度達(dá)到希望的位置和速度，同時滿足一定的約束條件。因此制導(dǎo)系統(tǒng)的基本功能就是在無人機(jī)飛向目標(biāo)的整個過程中，不斷地測量無人機(jī)的實際飛行軌跡相對于所要求的飛行軌跡之間的偏差，或者測量無人機(jī)與目標(biāo)的相對位置及其偏差，按照一定的導(dǎo)引規(guī)律，計算出無人機(jī)擊中目標(biāo)所必須的控制指令，以便控制無人機(jī)修正偏差，準(zhǔn)確飛向目標(biāo)。為了實現(xiàn)制導(dǎo)，必須利用法向力控制無人機(jī)的質(zhì)心運(yùn)動，來改變無人機(jī)的矢量方向。無人機(jī)法向力的矢量方向在機(jī)體坐標(biāo)系中由兩個分量確定，因此制導(dǎo)系統(tǒng)要由兩個通道組成，一般把制導(dǎo)系統(tǒng)分成縱向制導(dǎo)和側(cè)向制導(dǎo)兩個通道。對制導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行分類的依據(jù)主要有兩點1)所采用的測量設(shè)備和體制；2)制導(dǎo)信號產(chǎn)生的信息基礎(chǔ)。廣泛采用的制導(dǎo)系統(tǒng)分類包括①自主控制制導(dǎo)系統(tǒng)②遙測制導(dǎo)系統(tǒng)③自動尋的制導(dǎo)系統(tǒng)④復(fù)合制導(dǎo)系統(tǒng)等四大類。10.2自主控制制導(dǎo)系統(tǒng)采用自主控制制導(dǎo)系統(tǒng)的無人機(jī)中，目標(biāo)在大地坐標(biāo)中的位置假定為固定已知的，在飛行過程中，自主控制制導(dǎo)系統(tǒng)不接受來自目標(biāo)或制導(dǎo)站的信息，完全依據(jù)裝在無人機(jī)上的測量設(shè)備確定其相對于地球表面的位置，計算出與給定航線的偏差，并根據(jù)這些偏差產(chǎn)生制導(dǎo)信號，來消除軌跡偏差。無人機(jī)上常用的位置測量系統(tǒng)有磁測量系統(tǒng)、慣導(dǎo)系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)等。全程自主控制的制導(dǎo)航線一般攻擊距離較短，且攻擊精度不高。但隨著近來各種數(shù)據(jù)融合技術(shù)的發(fā)展，采用GPS/INS的精確制導(dǎo)能力有大幅度提高，制導(dǎo)精度可達(dá)到10米以內(nèi)。10.3遙控制導(dǎo)系統(tǒng)遙控制導(dǎo)以設(shè)在無人機(jī)外部的制導(dǎo)站完成與目標(biāo)的相對位置和相對運(yùn)動的測量，然后引導(dǎo)無人機(jī)飛向目標(biāo)。傳統(tǒng)遙控制導(dǎo)分為指令制導(dǎo)和駕束制導(dǎo)兩大類。(1)指令制導(dǎo)系統(tǒng)指令制導(dǎo)系統(tǒng)由制導(dǎo)站根據(jù)無人機(jī)在飛行中的誤差計算出制導(dǎo)指令，并將指令通過無線的形式傳輸?shù)綗o人機(jī)上，控制飛行軌跡，直至命中目標(biāo)。(2)駕束制導(dǎo)系統(tǒng)駕束制導(dǎo)系統(tǒng)由指揮站和無人機(jī)上的制導(dǎo)控制裝置組成。指揮站發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后，通過雷達(dá)波束或激光波束照射目標(biāo)，無人機(jī)發(fā)射后飛入波束，無人機(jī)上的測量裝置自動測出它偏離波束軸線的角度和方向，控制無人機(jī)沿波束軸線方向飛向目標(biāo)。10.4尋的制導(dǎo)系統(tǒng)采用尋的制導(dǎo)系統(tǒng)的無人機(jī)能夠自主地搜索、捕捉、識別、跟蹤目標(biāo)，其尋的裝置都裝在無人機(jī)上，直接接收目標(biāo)發(fā)射或反射的信息，確定目標(biāo)在框架坐標(biāo)系中的位置以及瞄準(zhǔn)軸與目標(biāo)間的偏差大小，由偏差信號與某些測量裝置產(chǎn)生的信號一起組成制導(dǎo)信號，導(dǎo)引無人機(jī)改變速度矢量，進(jìn)而改變與目標(biāo)間的偏差量。尋的制導(dǎo)系統(tǒng)根據(jù)能源所在位置的不同，可分為主動式、半主動式和被動式三種；按照能源的物理特征又可分為雷達(dá)、紅外、激光及電視尋的等幾種。尋的制導(dǎo)控制系統(tǒng)主要由尋的導(dǎo)引頭、制導(dǎo)指令形成裝置、自動駕駛儀三部分組成，各組成部分功能分別為：導(dǎo)引頭：測量飛機(jī)和目標(biāo)的相對運(yùn)動，輸出相應(yīng)的制導(dǎo)誤差信息，同時穩(wěn)定導(dǎo)引頭天線盡可能消除機(jī)體運(yùn)動所造成的耦合。制導(dǎo)指令形成裝置：對制導(dǎo)信息中的噪聲進(jìn)行濾波，按設(shè)計的導(dǎo)引規(guī)律形成控制指令，同時使尋的制導(dǎo)控制回路在合適的時間常數(shù)和有效導(dǎo)航比下，具有足夠的穩(wěn)定性和良好的動態(tài)品質(zhì)。自動駕駛儀：改善機(jī)體的控制特性，按照指令要求控制飛機(jī)飛行。10.5復(fù)合制導(dǎo)系統(tǒng)把兩種或兩種以上制導(dǎo)體制結(jié)合起來，應(yīng)用于對一個無人機(jī)的制導(dǎo)和控制，稱為復(fù)合制導(dǎo)系統(tǒng)。采用復(fù)合制導(dǎo)系統(tǒng)的目的是使無人機(jī)在完成戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)時，更好地發(fā)揮各種制導(dǎo)體制的優(yōu)越性。使用中各制導(dǎo)體制在時間上可以是串聯(lián)和并聯(lián)的，即可以在無人機(jī)飛行的不同階段采用各種不同的制導(dǎo)體制，也可以在一個飛行階段同時采用各種制導(dǎo)體制。復(fù)合制導(dǎo)常在初始段和中段采用自主式或指令制導(dǎo)模式，而在末段上采用尋的制導(dǎo)模式，以達(dá)到高的導(dǎo)引精度。四、無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈技術(shù)1功能、分類、組成、指標(biāo)體系數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)菬o人機(jī)系統(tǒng)的主要組成部分之一。設(shè)計涉及到遙控遙測、跟蹤定位、圖像傳輸、微波通信、衛(wèi)星通信、抗干擾通信、天線伺服、自動控制和計算機(jī)應(yīng)用等多個技術(shù)領(lǐng)域，是一項復(fù)雜的信息系統(tǒng)工程。1.1系統(tǒng)功能數(shù)據(jù)鏈有以下幾種典型功能：對無人機(jī)及機(jī)載任務(wù)設(shè)備的遙控；對無人機(jī)及機(jī)載設(shè)備的遙測；對無人機(jī)的跟蹤定位；對無人機(jī)偵察信息的實時傳輸與處理。1.1.1遙控遙控是無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈必備的功能，用于實現(xiàn)對無人機(jī)和任務(wù)設(shè)備的遠(yuǎn)距離操作。來自地面操縱臺或操縱器的指令和數(shù)據(jù)，經(jīng)編碼、上行(測控站到無人機(jī))無線信道傳輸和解碼，送給機(jī)上飛行控制計算機(jī)(或直接)對無人機(jī)和任務(wù)設(shè)備實施操作。在現(xiàn)代先進(jìn)的無人機(jī)系統(tǒng)中，遙控的作用可歸納如下：對無人機(jī)飛行的遠(yuǎn)距離操縱；對無人機(jī)機(jī)載設(shè)備的遠(yuǎn)距離控制；上行測距碼的傳輸；供無人機(jī)導(dǎo)航用的數(shù)據(jù)(包括航路設(shè)置或修改數(shù)據(jù)、測控站位置、由測控站測定的無人機(jī)位置、差分GPS修正數(shù)據(jù)等)的上行傳輸。遙控對于無人機(jī)來說非常重要，其可靠性、抗干擾和抗截獲能力等應(yīng)充分重視。遙控指令和數(shù)據(jù)的傳輸一般在較低碼速率下進(jìn)行，保證足夠的信道電平并不困難。提高設(shè)計余度可以增加遙控的可靠性，通過擴(kuò)頻或跳頻以及數(shù)據(jù)加密能增加遙控的抗干擾和抗截獲能力。1.1.2遙測遙測是了解無人機(jī)狀態(tài)和對其實施遙控的必要監(jiān)測手段。來自機(jī)上飛行控制計算機(jī)或直接來自機(jī)上各部分的遙測數(shù)據(jù)(包括飛行狀態(tài)傳感器的數(shù)據(jù)和機(jī)載設(shè)備狀態(tài)的檢測數(shù)據(jù))，經(jīng)編碼、下行(無人機(jī)到測控站)無線信道傳輸和解碼，傳回到測控站，通過數(shù)據(jù)綜合顯示，能夠?qū)崟r觀察無人機(jī)的飛行狀態(tài)，以及任務(wù)設(shè)備的工作狀態(tài)。操縱人員借助這些數(shù)據(jù)可以方便地對無人機(jī)及其任務(wù)設(shè)備進(jìn)行操縱，完成各種任務(wù)。借助下行遙測信道，還可以實現(xiàn)測控站天線對無人機(jī)的跟蹤，測出無人機(jī)的方位角。通過遙測傳回的測距碼，與發(fā)送的測距碼進(jìn)行比對，能夠完成無人機(jī)相對測控站的斜距測量。由方位角和斜距，再利用遙測傳回的高度數(shù)據(jù)，就能夠確定無人機(jī)相對測控站的位置。在現(xiàn)代先進(jìn)的無人機(jī)系統(tǒng)中，遙測的作用為：下行傳輸無人機(jī)的各種飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)；下行傳輸無人機(jī)的機(jī)載設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)；下行傳輸測距碼，實現(xiàn)對無人機(jī)的測距；提供測控站跟蹤測角的信標(biāo)。遙測對于無人機(jī)來說也是非常重要，數(shù)據(jù)傳輸?shù)腻e誤會給操作人員造成誤導(dǎo)，可能導(dǎo)致誤操作而出現(xiàn)事故。無人機(jī)遙測的設(shè)計應(yīng)重視數(shù)據(jù)的傳輸質(zhì)量。遙測數(shù)據(jù)速率可能與遙控數(shù)據(jù)相近或稍高一些，保證足夠的信道電平也并不困難。通常采取糾錯編碼等措施提高遙測數(shù)據(jù)的傳輸質(zhì)量。1.1.3跟蹤定位跟蹤定位是指連續(xù)和實時地提供無人機(jī)的位置數(shù)據(jù)。這既是操縱無人機(jī)的要求，也是對偵察目標(biāo)進(jìn)行定位的需要。對于能自主飛行的無人機(jī)，利用遙測將機(jī)上導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)實時傳回測控站，就可實現(xiàn)對無人機(jī)的跟蹤定位。然而，在有些不能完全依賴機(jī)上導(dǎo)航定位的情況下，則需要由測控站對無人機(jī)進(jìn)行測角和測距，確定無人機(jī)與測控站的相對位置，再結(jié)合測控站本身的位置，就可實現(xiàn)對無人機(jī)的跟蹤定位。有時還可以將機(jī)上導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)和測控站測量數(shù)據(jù)融合，這種組合定位方法既增加了余度，又有利于提高定位精度。對于遠(yuǎn)距離飛行的無人機(jī)，測控站天線一般采用高增益定向天線。這樣，既有利于增加信號電平，又有利于提高下行信道的抗干擾能力。如果這種高增益定向天線能自動跟蹤無人機(jī)，即具有了跟蹤測角能力，那么再結(jié)合測距功能就可實現(xiàn)對無人機(jī)的跟蹤定位。由于無人機(jī)飛行高度相對較低，無人機(jī)對測控站的仰角較小，而且無人機(jī)自身大都配備有高度傳感器，故多數(shù)情況下無需測定俯仰角，在俯仰方向以手動或數(shù)字引導(dǎo)方式完成跟蹤即可，這有利于降低系統(tǒng)的復(fù)雜程度。1.1.4信息傳輸無人機(jī)信息傳輸就是通過下行無線信道向測控站傳送由機(jī)載任務(wù)傳感器所獲取的視頻偵察信息。視頻偵察信息分圖像偵察和電子偵察兩種信息。圖像偵察信息的信號形式因圖像傳感器類型有所區(qū)別，有電視攝像機(jī)的模擬或數(shù)字電視信號，有成像雷達(dá)或行掃式攝像機(jī)的圖片數(shù)據(jù)信號。電子偵察信息則是帶限模擬信號。信息傳輸是無人機(jī)系統(tǒng)完成偵察任務(wù)的關(guān)鍵。傳輸質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到發(fā)現(xiàn)和識別目標(biāo)的能力。偵察信息要求有比遙控和遙測數(shù)據(jù)高得多的傳輸帶寬(一般要幾兆赫，最高的可達(dá)幾十兆赫，甚至上百兆赫)。因此，視頻偵察信息傳輸信道設(shè)計往往是無人機(jī)無線信道設(shè)計最困難的部分。為了簡化系統(tǒng)，視頻信息傳輸和遙測可共用一個信道。1.2系統(tǒng)組成1.2.1基本組成視距內(nèi)無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈采用視距無線鏈路。測控站通過上行無線鏈路向無人機(jī)發(fā)送遙控指令和數(shù)據(jù)，無人機(jī)通過下行無線鏈路向測控站回傳無人機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)和任務(wù)傳感器所獲取的視頻偵察信息。視距內(nèi)無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)疽鈭D如圖4－1所示。無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈基本組成如圖4－2所示。系統(tǒng)由機(jī)載設(shè)備和地面設(shè)備組成。機(jī)載設(shè)備也稱機(jī)載數(shù)據(jù)終端，包括機(jī)載天線、遙控接收機(jī)、遙測發(fā)射機(jī)、視頻發(fā)射機(jī)和終端處理機(jī)等。地面設(shè)備包括由天線、遙控發(fā)射機(jī)、遙測接收機(jī)、視頻接收機(jī)和終端處理機(jī)構(gòu)成的測控站數(shù)據(jù)終端，以及操縱和監(jiān)視設(shè)備。其中終端處理機(jī)完成收發(fā)信機(jī)輸入輸出基帶信號的變換和處理。測控站的終端處理機(jī)完成遙控指令的編碼和基帶調(diào)制，遙測數(shù)據(jù)的基帶解調(diào)和解碼，以及測距信號的形成和距離數(shù)據(jù)的產(chǎn)生。機(jī)載終端處理機(jī)完成遙控數(shù)據(jù)的基帶解調(diào)和解碼，遙測數(shù)據(jù)的編碼和基帶調(diào)制，以及測距信號的同步。圖4－1視距內(nèi)無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)疽鈭D

遙測發(fā)射機(jī)遙測發(fā)射機(jī)遙控接收機(jī)視頻發(fā)射機(jī)終端處理機(jī)遙控指令遙測參數(shù)視頻信號機(jī)載設(shè)備遙控發(fā)射機(jī)遙測接收機(jī)視頻接收機(jī)終端處理機(jī)監(jiān)視記錄操縱器測控站設(shè)備圖4－2無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈基本組成1.2.2綜合系統(tǒng)遙控、遙測和視頻傳輸使用三個獨立的信道是最基本和最原始的方案。無人機(jī)系統(tǒng)往往對設(shè)備的規(guī)模和成本有特殊的要求，復(fù)雜的系統(tǒng)必然給設(shè)備(特別是天線)小型化和機(jī)動性造成困難。為了簡化系統(tǒng)，可以根據(jù)需要和可能，對信道進(jìn)行不同程度的綜合，構(gòu)成不同形式的綜合系統(tǒng)。(1)遙控與遙測共用天線當(dāng)遙控和遙測的載波頻段比較接近時，為了減少天線個數(shù)，可以采用遙控與遙測共用天線方案。圖4－3表示了遙控遙測共用天線的無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈的組成。(2)視頻與遙測共用天線當(dāng)視頻傳輸和遙測的載波頻段比較接近時，為了減少天線個數(shù)，可以采用視頻傳輸與遙測共用天線方案。圖4－4表示了視頻遙測共用天線的無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈的組成。(3)視頻與遙測共用信道視頻傳輸與遙測都是下行傳輸，采用兩個信道分開方案雖然有利于根據(jù)各自的特點選擇信道和更新設(shè)備，但是使用兩套設(shè)備顯然比較復(fù)雜。采用視頻傳輸信道與遙測信道共用方案，有利于簡化系統(tǒng)。圖1－5表示了視頻與遙測共用信道的無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈的組成?，F(xiàn)代先進(jìn)的無人機(jī)系統(tǒng)中一般都采用這種方案。除有安裝定向天線必要和可能的少數(shù)特殊情況外，機(jī)載天線一般采用小型的全向天線。除距離較近或頻段較低或傳輸速率較低的少數(shù)特殊情況外，測控站天線一般采用定向天線。采用全向天線適合于廣播式傳輸，采用定向天線則有利于增加信號電平和提高抗干擾、抗截獲能力。為了提高任務(wù)可靠性，有時同時安裝定向天線和全向天線。定向天線的跟蹤方式有數(shù)字引導(dǎo)跟蹤或自跟蹤。機(jī)載定向天線一般采用數(shù)字引導(dǎo)跟蹤，只有在少數(shù)有特殊要求的系統(tǒng)中可采用自跟蹤方式。測控站天線則一般采用自跟蹤，只有少數(shù)簡易系統(tǒng)采用數(shù)字引導(dǎo)跟蹤方式。在某些系統(tǒng)中也可以將數(shù)字引導(dǎo)跟蹤作為自跟蹤的備用方式。圖1－6和圖1－7分別表示了測控站天線采用數(shù)字引導(dǎo)跟蹤和自跟蹤方式的無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈，其中天線采用收發(fā)共用方案，由雙工器實現(xiàn)收發(fā)共用和隔離。

遙測參數(shù)遙測參數(shù)視頻信號遙測發(fā)射機(jī)遙控接收機(jī)視頻發(fā)射機(jī)終端處理機(jī)遙控發(fā)射機(jī)遙測接收機(jī)視頻接收機(jī)終端處理機(jī)監(jiān)視記錄操縱器測控站設(shè)備雙工器雙工器遙控指令圖4－3遙控遙測共用天線的無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈遙測發(fā)射機(jī)遙測發(fā)射機(jī)遙控接收機(jī)視頻發(fā)射機(jī)終端處理機(jī)機(jī)載設(shè)備遙控發(fā)射機(jī)遙測接收機(jī)視頻接收機(jī)終端處理機(jī)監(jiān)視記錄操縱器測控站設(shè)備雙工器雙工器視頻信號遙測參數(shù)遙控指令機(jī)載設(shè)備圖4－4視頻遙測共用天線的無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈

上行接收機(jī)上行接收機(jī)下行發(fā)射機(jī)終端處理機(jī)遙控指令遙測參數(shù)視頻信號上行發(fā)射機(jī)下行接收機(jī)終端處理機(jī)監(jiān)視記錄操縱器測控站設(shè)備機(jī)載設(shè)備圖4－5視頻與遙測共信道無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈遙測參數(shù)遙測參數(shù)視頻信號機(jī)載設(shè)備上行接收機(jī)下行發(fā)射機(jī)終端處理機(jī)遙控指令上行發(fā)射機(jī)下行接收機(jī)終端處理機(jī)監(jiān)視記錄操縱器測控站設(shè)備雙工器雙工器伺服圖4－6測控站天線數(shù)字引導(dǎo)跟蹤的無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈遙測參數(shù)遙測參數(shù)視頻信號機(jī)載設(shè)備上行接收機(jī)下行發(fā)射機(jī)終端處理機(jī)遙控指令上行發(fā)射機(jī)下行接收機(jī)終端處理機(jī)監(jiān)視記錄操縱器測控站設(shè)備雙工器雙工器伺服跟蹤接收機(jī)圖4－7測控站天線自跟蹤的無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈1.2.3余度系統(tǒng)為了提高系統(tǒng)的任務(wù)可靠性，可以考慮增加無線信道的余度。采用不同載波頻率的多余度無線信道，還可以實現(xiàn)頻率分集，有利于克服多徑影響。但是，增加無線信道的余度會使系統(tǒng)變的復(fù)雜和龐大。由于遙控信道的可靠性是最受關(guān)注的，因此遙控信道雙余度往往是一種較好的方案。遙控信道雙余度就是增設(shè)一個遙控備用信道。一般備用信道采用頻率較低的頻段和較寬波束的天線(往往是全向天線)，甚至采用不同的調(diào)制體制。圖4－8表示了在圖4－7基礎(chǔ)上增加遙控備用信道的無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈。遙測參數(shù)遙測參數(shù)視頻信號機(jī)載設(shè)備副上行接收機(jī)下行發(fā)射機(jī)終端處理機(jī)遙控指令主上行發(fā)射機(jī)下行接收機(jī)終端處理機(jī)監(jiān)視記錄操縱器測控站設(shè)備雙工器雙工器伺服跟蹤接收機(jī)主上行接收機(jī)副上行發(fā)射機(jī)圖4－8遙控雙余度的無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈1.2.4地面中繼系統(tǒng)地面中繼方式主要用于克服地形阻擋。如圖4－9所示，當(dāng)?shù)孛鏈y控站與無人機(jī)之間由于地形阻擋而不能實現(xiàn)無線電通視時，可在與無人機(jī)和地面測控站都能通視的地方設(shè)置一個地面中繼站，實現(xiàn)地面中繼測控與信息傳輸。地面中繼無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈由機(jī)載設(shè)備、地面中繼設(shè)備和地面測控站設(shè)備組成。地面測控站與地面中繼站之間的數(shù)據(jù)鏈路，可以與地空視距鏈路共用(但有工作頻率區(qū)分)，也可以單獨設(shè)置中繼專用鏈路。圖4－10和圖4－11分別表示了這兩種系統(tǒng)的組成。當(dāng)無人機(jī)在地面測控站視距范圍內(nèi)，采用地空視距鏈路可以直接實現(xiàn)無人機(jī)測控與信息傳輸。當(dāng)無人機(jī)在地面測控站視距范圍以外時，則要通過地面中繼站中繼。由于中繼站設(shè)置在地面，一般不考慮采用無人值守的中繼轉(zhuǎn)發(fā)站，因此中繼站除了起中繼轉(zhuǎn)發(fā)作用外，也是一個地面測控站。中繼站可以與地面測控站相同規(guī)模，也可以是具有更好機(jī)動性的小型站，便于布置在地形較高的位置。地面中繼站設(shè)備實際上是在一個地面測控站上增配中繼收發(fā)設(shè)備。測控站的定向天線一般帶有一定高度的升降桿(以便保證足夠的中繼視距)，可以采用手動調(diào)節(jié)指向，保證兩站之間天線互相對準(zhǔn)。GDTGDTADTDGDT圖1－9地面中繼無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈

遙測參數(shù)遙測參數(shù)視頻信號機(jī)載設(shè)備上行接收機(jī)下行發(fā)射機(jī)終端處理機(jī)遙控指令上行發(fā)射機(jī)下行接收機(jī)終端處理機(jī)監(jiān)視記錄操縱器地面測控站設(shè)備雙工器雙工器伺服跟蹤接收機(jī)上行發(fā)射機(jī)下行接收機(jī)終端處理機(jī)監(jiān)視記錄操縱器地面中繼站設(shè)備雙工器伺服跟蹤接收機(jī)雙工器下行發(fā)射機(jī)上行接收機(jī)圖4－10采用共用鏈路的地面中繼無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈下行接收機(jī)下行接收機(jī)遙測參數(shù)視頻信號機(jī)載設(shè)備上行接收機(jī)下行發(fā)射機(jī)終端處理機(jī)遙控指令上行發(fā)射機(jī)下行接收機(jī)終端處理機(jī)監(jiān)視記錄操縱器地面測控站設(shè)備雙工器雙工器伺服跟蹤接收機(jī)上行發(fā)射機(jī)下行接收機(jī)終端處理機(jī)監(jiān)視記錄操縱器地面中繼站設(shè)備雙工器伺服跟蹤接收機(jī)雙工器轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)上行接收機(jī)下行發(fā)射機(jī)上行發(fā)射機(jī)雙工器圖4－11采用專用鏈路的地面中繼無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈1.2.5空中中繼系統(tǒng)空中中繼方式也可以用于克服地形阻擋，但更多的是用于延伸作用距離。如圖4－12所示，當(dāng)?shù)孛鏈y控站與無人機(jī)之間由于地形阻擋或距離太遠(yuǎn)而不能實現(xiàn)無線電通視時，可在與無人機(jī)和地面測控站都能通視的空中平臺上設(shè)置一個中繼站，實現(xiàn)空中中繼測控與信息傳輸?？梢杂米骺罩兄欣^平臺的有無人機(jī)、有人機(jī)、飛艇、氣球等?？罩兄欣^無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈由機(jī)載設(shè)備、空中中繼設(shè)備和測控站設(shè)備組成。根據(jù)空中中繼平臺所需測控方式不同，空中中繼無人機(jī)測控與信息傳輸系統(tǒng)可以分成兩類。圖4－13、圖4－14分別表示了這兩類系統(tǒng)的組成。圖4－13表示的系統(tǒng)中，空中中繼平臺上配置的設(shè)備實際上是一個雙向轉(zhuǎn)發(fā)器，起變頻轉(zhuǎn)發(fā)作用?？罩兄欣^平臺本身有另外專門的測控系統(tǒng)，或因為中繼平臺是有人駕駛飛行器，不需要測控系統(tǒng)。圖4－14表示的系統(tǒng)中，空中中繼平臺一般是與任務(wù)無人機(jī)同類的無人機(jī)，中繼無人機(jī)上配備的設(shè)備實際上是兩部分組成。一部分是與任務(wù)無人機(jī)上設(shè)備相同功能的機(jī)載數(shù)據(jù)終端，它完成與測控站的雙向數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)對中繼無人機(jī)的測控與信息傳輸；另一部分是與測控站數(shù)據(jù)終端相同功能的中繼設(shè)備，它完成與任務(wù)無人機(jī)的雙向數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)對任務(wù)無人機(jī)的測控與信息傳輸。為了保證中繼機(jī)與任務(wù)機(jī)之間的傳輸距離，中繼機(jī)與任務(wù)機(jī)之間的雙向數(shù)據(jù)傳輸必須采用定向天線。定向天線的跟蹤一般可以采用數(shù)字引導(dǎo)方式(依靠機(jī)上導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)，保證互相對準(zhǔn))，有時也可以采用自跟蹤方式?？罩兄欣^方式的作用距離受到空中中繼平臺高度和機(jī)載天線尺寸的限制，當(dāng)一次中繼不能滿足要求時，可考慮采用多級中繼，但采用轉(zhuǎn)發(fā)器方式的系統(tǒng)不適合多級中繼。圖4－12空中中繼無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)疽鈭D遙測參數(shù)遙測參數(shù)視頻信號任務(wù)機(jī)設(shè)備上行接收機(jī)下行發(fā)射機(jī)終端處理機(jī)遙控指令地面測控站設(shè)備雙工器上行發(fā)射機(jī)下行接收機(jī)終端處理機(jī)監(jiān)視記錄操縱器雙工器伺服跟蹤接收機(jī)上行轉(zhuǎn)