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無人機綜合知識簡介 1、無人機(UAV)的概念 無人機（Unmanned Aerial Vehicle）就是利用無線遙控或程序控制來執(zhí)行特定航空任務的飛行器，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，能夠自動飛行或遠程引導；既能一次性使用也能進行回收；能夠攜帶致命性和非致命性有效負載。 2、無人機系統(tǒng)的一般組成 無人機系統(tǒng)包括地面系統(tǒng)、飛機系統(tǒng)、任務載荷和無人機使用保障人員。如下圖： 3、無人機的一般分類 按用途分： 無人偵察機、電子戰(zhàn)無人機、靶機、反輻射無人機、對地攻擊無人機、通信中繼無人機、火炮較射無人機、特種無人機、誘餌無人機。 按飛行方式分： 固定翼無人機、旋翼無人機、撲翼無人機、飛艇。 4、無人機的飛行控制 無人機上沒有駕駛員，所以無人機和飛行靠“遙控”或“自控飛行”。 （1）遙控飛行 遙控即對被控對象繼續(xù)遠距離控制，主要無線電遙控。 遙控信號：遙控站通過發(fā)射機向無人機發(fā)送無線電波，傳遞指令，無人機上的接收機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上的任務載荷。遙控站設有搜索和跟蹤雷達，他們測量無人機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)輸入到計算機，計算后就能繪出無人機的實際航跡，與預定航線比較，就能求出偏差，然后發(fā)送指令進行修正。 此外，無人機還裝備有無線電應答器，也叫信標機。它能在收到雷達的詢問信號后，發(fā)回一個信號給雷達。由于信標機發(fā)射的信號比無人機發(fā)射的雷達信號要強得多，起到增加跟蹤雷達的探測距離。 下傳信號：遙控指令只包含航跡修正信號是顯然不夠的，在飛行中無人機會受到各種因素的影響，無人機的飛行姿態(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：有利于簡化無人機的設計，降低制造成本，提高戰(zhàn)術使用的靈活性。 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，這套裝置就是導航裝置。通常的導航裝置有： 1.慣性導航 在機載設備上，它一般簡稱慣導。慣性導航是以牛頓力學為基礎，依靠安裝在載體內(nèi)部的加速度計測量載體在三個軸向的加速度，經(jīng)積分運算后得到載體的瞬時速度和位置，以及測量載體的姿態(tài)的一種導航方式。慣性導航完全依賴機載設備自主完成導航任務，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)就可以實時地推算出載體的位置速度及姿態(tài)信息，自主地進行導航。純慣導系統(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，導致定位精度隨時間增長而呈發(fā)散趨勢，所以慣導一般與其他導航系統(tǒng)一起工作來提高定位精度。 2.衛(wèi)星導航 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)的精密導航系統(tǒng)。 全球衛(wèi)星導航分為三部分，包括空間衛(wèi)星部分、地面監(jiān)控、衛(wèi)星接收機部分。在飛機上安裝衛(wèi)星接收機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.多普勒導航 多普勒導航是飛行器常用的一種自主導航系統(tǒng)，它的工作原理是多普勒效應。 多普勒導航系統(tǒng)由磁羅盤或陀螺儀、多普勒雷達和導航計算機組成。磁羅盤或陀螺儀類似指北針，用于測出無人機的航向角，多普勒雷達不停沿著某個方向向地面發(fā)射電磁波，測出無人機相對地面的飛行速度以及偏流角。根據(jù)多普勒雷達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)，導航計算機就可以不停地計算出無人機飛過的路線。 多普勒導航系統(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航中。 4.組合導航 組合導航是指組合使用兩種或兩種以上的導航系統(tǒng)，達到取長補短，提高導航性能。目前飛行器上實際使用的導航系統(tǒng)各基本上都是組合導航系統(tǒng)，如GPS/慣性導航、多普勒/慣性導航等，其中應用最廣的是GPS/慣性導航組合導航系統(tǒng)。 5.地形輔助導航 地形輔助導航是指飛行器在飛行過程中，利用預先存儲的飛行路線中某些地區(qū)的特征數(shù)據(jù)，與實際飛行過程中測量到的相關數(shù)據(jù)進行不斷比較來實施導航修正的一種方法。其核心是將地形分成多個小網(wǎng)格，將其主要特征，如平均標高等輸入計算機，構成一個數(shù)字化地圖。 地形輔助導航技術就是利用機載數(shù)字地圖和無線高度表作為輔助手段來修正慣導系統(tǒng)的誤差，從而構成新的導航系統(tǒng)。它與導航方法的根本區(qū)別在于數(shù)字地圖對主導航系統(tǒng)僅能起到輔助修正作用，離開了慣導系統(tǒng)，數(shù)字地圖無法獨立地提供導航信息。 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。其原理是地球表面上任意一點的地理坐標都可以根據(jù)其周圍地域的等高線或地貌來當值確定。飛行一段時間后，既可以得到真航跡的一串地形標高。將測得的數(shù)據(jù)與存儲的數(shù)字地圖進行相關分析，確定飛機航跡對應的網(wǎng)格位置。因為事先確定了網(wǎng)格各點對應的經(jīng)緯度值，這樣就可以使用數(shù)字地圖校正慣導。 ◆景象匹配：也稱景象相關。它與地圖匹配的區(qū)別是，預先輸入到計算機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定飛行路徑的景象信息，將這些景象數(shù)字化后存儲在機載設備上。飛行中，通過機載攝像設備獲取飛行路徑中的景象，與預存數(shù)據(jù)比較，確定飛機的位置。 自控飛行的利弊： 利：航程加大；獨立自主工作，不需要與地面站聯(lián)系，不易被敵方發(fā)現(xiàn)和干擾。 弊：復雜的自主導航系統(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、無人機的起飛和著陸 有人駕駛飛機的起飛和降落是飛行中的兩大“難關”，無人駕駛飛機則更是如此。 （1）無人機的起飛 1.母機投放 由有人駕駛轟炸機、攻擊機或運輸機把無人機帶上天，在適當?shù)牡胤酵斗牌痫w。這種方法簡單易行，運用靈活，成功率高，并且可增加無人機的航程。 2.火箭助推 借助固體火箭助推器，無人機從發(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 將無人機安裝在帶輪的小車上，靠無人機的發(fā)動機推進，當達到速度后，無人機脫離小車升空。 這種方式可以使用現(xiàn)成的機場條件起飛，無需復雜的起落架，起飛跑車的結(jié)構簡單、經(jīng)濟。 4.垂直起飛 利用直升機的起飛原理起飛。 5.起落架滑跑起飛 與有人駕駛飛機一樣，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，靠無人機自身動力起飛。 (2)無人機的著陸 1.起落架輪滑著陸 與有人駕駛飛機一樣，使用本身的起落架降落。一般大型無人機才采用這種方式。 2.降落傘著陸 無人機采用降落傘懸吊回收。這種方式適合小型無人機，對于大型無人機，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 使用大飛機在空中回收無人機的方式目前只有美國采用。采用這種回收方式，在大飛機上必須有空中回收系統(tǒng)。無人機除了有阻力傘和主傘外，還需有鉤掛傘與吊索和可旋轉(zhuǎn)的脫落機構。大飛機用掛鉤掛住無人機的鉤掛傘和吊索，用絞盤絞起無人機，空中懸掛運走。這種回收方式不會損傷無人機，但每次回收都要出動大飛機，費用高，對大飛機飛行員的駕駛技術要求高。 4.攔截網(wǎng)回收 用攔截網(wǎng)系統(tǒng)回收無人機是目前世界小型無人機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設備組成。能量吸收裝置與攔截網(wǎng)相連，其作用是吸收無人機撞網(wǎng)的能量，避免無人機觸網(wǎng)后在網(wǎng)上彈跳不停受損。自動引導設備一般是一部置于網(wǎng)后的電視攝像機，或是裝在攔截網(wǎng)架上的紅外接收機，由它們及時向地面站報告無人機返航路線偏差。 5.氣墊著陸 無人機機腹四周裝上“橡膠裙邊”，中間有一個帶孔的氣囊。發(fā)動機把空氣壓入氣囊，壓縮空氣從氣囊孔噴出，在機腹下形成高壓空氣區(qū)—氣墊。 氣墊著陸最大的優(yōu)點是：無人機能在未經(jīng)平整的地面、泥地、冰雪地或水上著陸，不受地形條件限制。其次大小無人機都可以使用，回收率高。 6、無人機飛行平臺 無人機的飛行平臺主要由六大部分組成：機身、機翼、尾翼、起落裝置、飛行自動控制系統(tǒng)和動力系統(tǒng)。 1.機身 機身主要用來裝載發(fā)動機、燃油、任務設備、電源、控制操縱系統(tǒng)等，并通過它將機翼、尾翼、起落架等部件連成一個整體。 2.機翼 機翼是飛行器用來產(chǎn)生升力的主要部件。固定翼無人機的機翼有平直翼、后掠翼、三角翼等。下圖是一些常見的機翼： 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。 機翼上一般還有副翼，用于控制飛機的傾斜，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)構比較特殊的無人機來說，可能會不設垂直尾翼或水平尾翼。 垂直尾翼：垂直安裝在機身尾部，主要功能為保持機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人機在地面或水面進行起飛、著陸、滑行和停放。 起落裝置對于無人機來說是形式最多樣的一部分，這是因為無人機有多種發(fā)射/回收方式。大型無人機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)無人機的起落架很簡單，飛行時也不收起；對于采用彈射、攔阻網(wǎng)等方式進行發(fā)射/回收的小型無人機就不需要起落架；對于采用手擲發(fā)射的小型無人機，就沒有起落裝置；傘降回收的無人機著陸裝置可以說就是降落傘。 5.飛行自動控制系統(tǒng) 飛行自動控制系統(tǒng)包括控制指令自動形成裝置和傳輸操縱裝置。指令自動形成裝置包括自動駕駛儀和相關的傳感器、導航設備；傳輸操縱裝置包括從控制指令輸出點到水平尾翼、副翼、方向舵等操縱面，用來傳遞操縱指令，改變飛行狀態(tài)的所有裝置。 6.動力裝置 飛機動力裝置是用來產(chǎn)生拉力（如螺旋槳飛機）或推力（如噴氣式飛機），使飛機前進的裝置。現(xiàn)代無人機的動力主要分為渦輪噴氣發(fā)動機和渦輪風扇發(fā)動機兩類。 更多經(jīng)驗技巧加老鷹微信laoyingfly交流