無人機(jī)綜合知識簡介

無人機(jī)綜合知識簡介

1、無人機(jī)(UAV)的概念

無人機(jī)(UnmannedAerialVehicle)就是利用無線遙控或程序控制來執(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力空中飛行器，采用空氣動力為飛行器提供所需的升

力，能夠自動飛行或遠(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、無人機(jī)系統(tǒng)的一般組成

無人機(jī)系統(tǒng)包括地面系統(tǒng)、飛機(jī)系統(tǒng)、任務(wù)載荷和無人機(jī)使用保障人員。如下圖：

地面輔助設(shè)備

f/'地面監(jiān)控分系統(tǒng)

/IJ1起飛著陸系統(tǒng)地面部分

〈謠控?測系統(tǒng)地面部分地面遙控遙測站

」使用保障人員

/_______________

火控系統(tǒng)

/光電系統(tǒng)

(目標(biāo)探測系統(tǒng)雷達(dá)系統(tǒng)

(-任務(wù)載荷

無人機(jī)系統(tǒng)11激光測距

、武器外掛管理系統(tǒng)

,遙控遙測系統(tǒng)機(jī)載部分-機(jī)段數(shù)據(jù)采集與控制

(起飛著陸系統(tǒng)機(jī)我部分

I機(jī)體系統(tǒng)

‘推進(jìn)系統(tǒng)

Y飛機(jī)系統(tǒng)卜飛控系統(tǒng)

慣性導(dǎo)骯

\導(dǎo)航系統(tǒng)GPS

,大氣機(jī)

3、無人機(jī)的一般分類

按用途分：

無人偵察機(jī)、電子戰(zhàn)無人機(jī)、靶機(jī)、反輻射無人機(jī)、對地攻擊無人機(jī)、通信中繼無人機(jī)、

火炮較射無人機(jī)、特種無人機(jī)、誘餌無人機(jī)。

按飛行方式分：

固定翼無人機(jī)、旋翼無人機(jī)、撲翼無人機(jī)、飛艇。

4、無人機(jī)的飛行控制

無人機(jī)上沒有駕駛員，所以無人機(jī)和飛行靠“遙控”或“自控飛行”。

(1)遙控飛行

遙控即對被控對象繼續(xù)遠(yuǎn)距離控制，主要無線電遙控。

遙控信號：遙控站通過發(fā)射機(jī)向無人機(jī)發(fā)送無線電波，傳遞指令，無人機(jī)上的接收機(jī)接

收并譯出指令的內(nèi)容，通過自動駕駛儀按指令操縱舵面，或通過其他接口操縱機(jī)上的任務(wù)載

荷。遙控站設(shè)有搜索和跟蹤雷達(dá)，他們測量無人機(jī)在任意時刻相對地面的方位角、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。

止匕外，無人機(jī)還裝備有無線電應(yīng)答器，也叫信標(biāo)機(jī)。它能在收到雷達(dá)的詢問信號后，發(fā)

回一個信號給雷達(dá)。由于信標(biāo)機(jī)發(fā)射的信號比無人機(jī)發(fā)射的雷達(dá)信號要強(qiáng)得多，起到增加跟

蹤雷達(dá)的探測距離。

下傳信號：遙控指令只包含航跡修正信號是顯然不夠的，在飛行中無人機(jī)會受到各種因

素的影響，無人機(jī)的飛行姿態(tài)也在不斷變化，所以指令還需要包括對飛行姿態(tài)的修正內(nèi)容。

無人機(jī)上的傳感器一直在收集自身的姿態(tài)信息，這些信息通過下傳信號送到遙測終端，

遙測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：有利于簡化無人機(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：

自控飛行不依賴地面控制，一切動作都自動完成的飛行。為此，機(jī)上需要有一套裝置來

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，它一般簡稱慣導(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)測量載體在三個軸向的加速度，經(jīng)積分運(yùn)算后得到載體的瞬時速度和位置，以及

測量載體的姿態(tài)的一種導(dǎo)航方式。慣性導(dǎo)航完全依賴機(jī)載設(shè)備自主完成導(dǎo)航任務(wù)，工作時不

依賴外界信息，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)會隨著飛行航時的增加，因

積分積累而產(chǎn)生較大的誤差，導(dǎo)致定位精度隨時間增長而呈發(fā)散趨勢，所以慣導(dǎo)一般與其他

導(dǎo)航系統(tǒng)一起工作來提高定位精度。

2.衛(wèi)星導(dǎo)航

全球定位系統(tǒng)（GPS）由美國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的時間信息。

現(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

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)由磁羅盤或陀螺儀、多普勒雷達(dá)和導(dǎo)航計(jì)算機(jī)組成。磁羅盤或陀螺儀類

似指北針，用于測出無人機(jī)的航向角，多普勒雷達(dá)不停沿著某個方向向地面發(fā)射電磁波，測

出無人機(jī)相對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)算出無人機(jī)飛過的路線。

多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)能用于各種氣象條件和地形條件，但由于測量的積累誤差，系統(tǒng)會隨著

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程中，利用預(yù)先存儲的飛行路線中某些地區(qū)的特征數(shù)

據(jù)，與實(shí)際飛行過程中測量到的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行不斷比較來實(shí)施導(dǎo)航修正的一種方法。其核心

是將地形分成多個小網(wǎng)格，將其主要特征，如平均標(biāo)高等輸入計(jì)算機(jī)，構(gòu)成一個數(shù)字化地圖。

地形輔助導(dǎo)航技術(shù)就是利用機(jī)載數(shù)字地圖和無線高度表作為輔助手段來修正慣導(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)字地圖對主導(dǎo)航系統(tǒng)僅能

起到輔助修正作用，離開了慣導(dǎo)系統(tǒng)，數(shù)字地圖無法獨(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)

其周圍地域的等高線或地貌來當(dāng)值確定。飛行一段時間后，既可以得到真航跡的一串地形標(biāo)

高。將測得的數(shù)據(jù)與存儲的數(shù)字地圖進(jìn)行相關(guān)分析，確定飛機(jī)航跡對應(yīng)的網(wǎng)格位置。因?yàn)槭?/p>

先確定了網(wǎng)格各點(diǎn)對應(yīng)的經(jīng)緯度值，這樣就可以使用數(shù)字地圖校正慣導(dǎo)。

?景象匹配：也稱景象相關(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

存儲在機(jī)載設(shè)備上。飛行中，通過機(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，克服彼此的缺陷。

5、無人機(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)”，無人駕駛飛機(jī)則更是如此。

(1)無人機(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)把無人機(jī)帶上天，在適當(dāng)?shù)牡胤酵斗牌痫w。這種方

法簡單易行，運(yùn)用靈活，成功率高，并且可增加無人機(jī)的航程。

2.火箭助推

借助固體火箭助推器，無人機(jī)從發(fā)射架上起飛。這種起飛方式占用的發(fā)射場地很小，適

合前沿陣地、山區(qū)或船上使用。

3.起飛跑車

將無人機(jī)安裝在帶輪的小車上，靠無人機(jī)的發(fā)動機(jī)推進(jìn)，當(dāng)達(dá)到速度后，無人機(jī)脫離小

車升空。

這種方式可以使用現(xiàn)成的機(jī)場條件起飛，無需復(fù)雜的起落架，起飛跑車的結(jié)構(gòu)簡單、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。

6.手發(fā)射

這種發(fā)射方式最簡單，由一人或兩人把握，靠無人機(jī)自身動力起飛。

(2)無人機(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。一般大型無人機(jī)才采用這種方式。

2.降落傘著陸

無人機(jī)采用降落傘懸吊回收。這種方式適合小型無人機(jī)，對于大型無人機(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)在空中回收無人機(jī)的方式目前只有美國采用。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)用掛鉤掛住無人機(jī)的鉤掛傘和吊索，用絞盤絞起無人機(jī)，空中懸掛運(yùn)走。這

種回收方式不會損傷無人機(jī)，但每次回收都要出動大飛機(jī)，費(fèi)用高，對大飛機(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)回收無人機(jī)是目前世界小型無人機(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

吸收無人機(jī)撞網(wǎng)的能量，避免無人機(jī)觸網(wǎng)后在網(wǎng)上彈跳不停受損。自動引導(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)，由它們及時向地面站報(bào)告無人

機(jī)返航路線偏差。

5.氣墊著陸

無人機(jī)機(jī)腹四周裝上“橡膠裙邊”，中間有一個帶孔的氣囊。發(fā)動機(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：無人機(jī)能在未經(jīng)平整的地面、泥地、冰雪地或水上著陸，不受

地形條件限制。其次大小無人機(jī)都可以使用，回收率高。

6、無人機(jī)飛行平臺

無人機(jī)的飛行平臺主要由六大部分組成：機(jī)身、機(jī)翼、尾翼、起落裝置、飛行自動控制

系統(tǒng)和動力系統(tǒng)。

1.機(jī)身

機(jī)身主要用來裝載發(fā)動機(jī)、燃油、任務(wù)設(shè)備、電源、控制操縱系統(tǒng)等，并通過它將機(jī)翼、

尾翼、起落架等部件連成一個整體。

2.機(jī)翼

機(jī)翼是飛行器用來產(chǎn)生升力的主要部件。固定翼無人機(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，就會產(chǎn)生滾

裝力矩，是飛行器產(chǎn)生傾斜運(yùn)動。

3.尾翼

尾翼分垂直尾翼和水平尾翼兩部分。對于一些結(jié)構(gòu)比較特殊的無人機(jī)來說，可能會不設(shè)

垂直尾翼或水平尾翼。