關(guān)于無人機(jī)的論文綜合

1、前言：無人機(jī)(縮寫為UAV)又稱“空中機(jī)器人”是一種動力驅(qū)動、機(jī)上無人駕駛、可重復(fù)使用的航空器。它大體上是由無人機(jī)載體、地面站設(shè)備(無線電控制、任務(wù)控制、發(fā)射回收等起降裝置)以及有效負(fù)荷三部分組成的。根據(jù)無人機(jī)的結(jié)構(gòu)、飛行時(shí)間、飛行距離或執(zhí)行任務(wù)的性質(zhì)等特點(diǎn)我們可以把它劃分成不同種類。從總體結(jié)構(gòu)來看,無人機(jī)有固定翼、垂直旋翼、傾斜旋翼、旋翼/固定翼之分;根據(jù)活動半徑和續(xù)航時(shí)間,無人機(jī)可大體分為近程、短程、中程和遠(yuǎn)程四類;根據(jù)用途,我們又可以把無人機(jī)分為軍用和民用兩大類。無人機(jī)是1917年由英國首先研制成功的。雖然它問世已久,但直到上世紀(jì)50年代才得到了真正的發(fā)展。國內(nèi)外無人機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀：國內(nèi)無人

2、機(jī)近幾年來發(fā)展比較快，民企也多 通過第三屆 尖兵之翼就可以看出 國內(nèi)現(xiàn)在發(fā)展無人機(jī)的趨勢越來越好。而除軍事用途外，由于無人機(jī)成本相對較低、無人員傷亡風(fēng)險(xiǎn)、生存能力強(qiáng)、機(jī)動性能好、使用方便等的優(yōu)勢，使得無人機(jī)在航空拍照、地質(zhì)測量、高壓輸電線路巡視、油田管路檢查、高速公路管理、森林防火巡查、毒氣勘察、緝毒和應(yīng)急救援、救護(hù)等民用領(lǐng)域應(yīng)用前景極為廣闊。正是因?yàn)榭吹轿磥頍o人機(jī)的民用市場潛力巨大，除一些科研院所外，民營企業(yè)也開始介入無人機(jī)市場。目前粗略估計(jì)全國約有170多家單位在生產(chǎn)無人機(jī)。“就低端產(chǎn)品而言，一套無人機(jī)系統(tǒng)的生產(chǎn)成本有可能不超過幾十萬元，這也是中國有眾多廠家看重?zé)o人機(jī)市場前景的一個(gè)原因。我

3、國無人機(jī)當(dāng)前只具備偵查能力，無人機(jī)并不被現(xiàn)代戰(zhàn)爭看好，機(jī)器造價(jià)昂貴，戰(zhàn)場靈敏度低，極易被敵人捕捉，無法防御最新的電磁干擾等種種弊端，即便是美國也無能力大規(guī)模生產(chǎn)。 國外近年來，無人機(jī)在民用方面的應(yīng)用越來越多，各國在無人機(jī)的民用方面逐漸開放。無人機(jī)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于公共安全、應(yīng)急搜救、農(nóng)林、環(huán)保、交通、通信、氣象、影視航拍等多領(lǐng)域。在過去幾年，英國已經(jīng)向130多家企業(yè)和政府機(jī)構(gòu)頒發(fā)許可，美國簽發(fā)了1400多份許可。毫無疑問，隨著技術(shù)的更新和發(fā)展，民用無人機(jī)將迎來井噴式的發(fā)展，應(yīng)用前景十分廣闊。國際無人機(jī)標(biāo)桿國家極其發(fā)展情況如下：美國：美國作為全球第一軍事強(qiáng)國，無人機(jī)的種類和數(shù)量都居全球第一，美國無人

4、機(jī)的發(fā)展方向代表了世界無人機(jī)的發(fā)展趨勢。為了指導(dǎo)和規(guī)劃美國無人機(jī)的發(fā)展，美國國防部相繼于2000，2002，2005和2007年公開發(fā)表了4個(gè)官方文件：20002025年美國無人機(jī)路線圖，20022027年美國無人機(jī)路線圖，2002030年美國無人機(jī)系統(tǒng)路線圖、20072032年美國無人系統(tǒng)路線圖。前3個(gè)路線圖分別給出了自主控制等級發(fā)展趨勢圖，對無人機(jī)自主控制級別( Autonomous control level，ACI ) 都采用了相同的提法，把自主控制的級別劃分為了10級，對自主控制等級的衡量標(biāo) 準(zhǔn)中包括故障診斷能力、航線規(guī)劃能力、機(jī)群協(xié)同能力、機(jī)群戰(zhàn)術(shù)規(guī)劃能力、分布式控制、機(jī)群戰(zhàn)略目標(biāo)

5、等內(nèi)榮。并對當(dāng)前有代表性的、在研究的和未來規(guī)劃的無人機(jī)系統(tǒng)如Pioneer，Global Hawk，X-45，AFRI Goal和ONR Goal等的ACI都進(jìn)行了較明確的定義。ACI己經(jīng)開始作為一種標(biāo)準(zhǔn)用來衡量無人機(jī)的自主性提高ACI是美國無人機(jī)發(fā)展的趨勢之一。美國國家航空航天局(NASA)新成立了一個(gè)無人機(jī)應(yīng)用中心，專門開展無人機(jī)的各種民用：研究，它同美國海洋與大氣局(NOAA)合作利用無人機(jī)進(jìn)行天氣預(yù)報(bào)、地球變暖和冰川消融等科學(xué)研究。以色列：以色列是全球范圍無人機(jī)設(shè)計(jì)制造技術(shù)最為先進(jìn)的國家之一。以色列組建了一個(gè)民用無人機(jī)及其工作模式的試驗(yàn)委員會，埃爾比特系統(tǒng)公司領(lǐng)先完成了規(guī)定程序，其赫爾

6、姆斯450無人機(jī)在2007年5月取得了民用證書。2008年，以色列飛機(jī)工業(yè)公司馬拉特子公司的中高空長航時(shí)“蒼鷺”無人機(jī)取得了在以色列空域中執(zhí)行非軍事任務(wù)的證書，此后有關(guān)部門合作進(jìn)行了多種民用任務(wù)的試驗(yàn)飛行。俄羅斯：A-03 Nart是由俄羅斯Antigrad Air公司研發(fā)的多用途無人機(jī)。執(zhí)行如災(zāi)難性自然天氣事件的預(yù)防，在干旱地區(qū)人工降雨的形成，監(jiān)控道路，水和陸地表面，天氣和環(huán)境條件等等。該機(jī)幾何及性能參數(shù)如下：全長5.2m，翼展9.0m，最大起飛重量1100kg，驅(qū)動力2臺PD-317螺旋槳發(fā)動機(jī)，最大速度450km/h，續(xù)航時(shí)間50小時(shí)，最高高度8000m，遠(yuǎn)程控制，包括自動化系統(tǒng)監(jiān)控和氣

7、象局監(jiān)控站，通過固定發(fā)射架或者卡車一定彈射架升空?？梢匝b載MITS的多功能信息傳輸系統(tǒng)。按需求也可以廣泛運(yùn)用在執(zhí)法部門。歐洲：歐洲2006年制定并立刻多方集資付諸實(shí)施“民用無人機(jī)發(fā)展路線圖”，首期跨度為6年。“路線圖”預(yù)計(jì)民用無人機(jī)市場從2010年開始迅猛發(fā)展，已突破1億歐元大關(guān)，到2015年將上升到2.7億歐元，其中地球觀測約占市場的3.7%，通信與海上監(jiān)視各占市場的13%，森林防火與滅火市場份額約12%，治安執(zhí)法占3%。歐盟打算成立一個(gè)泛歐民用無人機(jī)協(xié)調(diào)組織，主要職責(zé)是市場評估、技術(shù)監(jiān)視、空域管制、適航安全、標(biāo)準(zhǔn)制定、通用接口、成本控制等方面的試驗(yàn)研究。為解決最關(guān)鍵的空中安全與適航問題。荷

8、蘭已開始在非隔離空域進(jìn)行“探測與回避”系統(tǒng)的研究與試驗(yàn)。日本：目前日本擁有2346架已注冊農(nóng)用無人直升機(jī)，操作人員14163人，成為世界上農(nóng)用無人機(jī)噴藥第一大國。無人機(jī)發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)：無人機(jī)主要有五項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，分別是機(jī)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)、機(jī)體材料技術(shù)、飛行控制技術(shù)、無線通信遙控技術(shù)、無線圖像回傳技術(shù)，這五項(xiàng)技術(shù)支撐這現(xiàn)代化智能型無人機(jī)的發(fā)展與改進(jìn)。機(jī)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)：飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度研究與全尺寸飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度地面驗(yàn)證試驗(yàn)。在飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度技術(shù)研究方面，包括飛機(jī)結(jié)構(gòu)抗疲勞斷裂及可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)，飛機(jī)結(jié)構(gòu)動強(qiáng)度、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、航空噪聲、飛機(jī)結(jié)構(gòu)綜合環(huán)境強(qiáng)度、飛機(jī)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)技術(shù)以及計(jì)算結(jié)構(gòu)技術(shù)等。機(jī)體材料技術(shù)：機(jī)體

9、材料（包括結(jié)構(gòu)材料和非結(jié)構(gòu)材料）、發(fā)動機(jī)材料和涂料，其中最主要的是機(jī)體結(jié)構(gòu)材料和發(fā)動機(jī)材料，結(jié)構(gòu)材料應(yīng)具有高的比強(qiáng)度和比剛度，以減輕飛機(jī)的結(jié)構(gòu)重量，改善飛行性能或增加經(jīng)濟(jì)效益，還應(yīng)具有良好的可加工性，便于制成所需要的零件。非結(jié)構(gòu)材料量少而品種多，有：玻璃、塑料、紡織品、橡膠、鋁合金、鎂合金、銅合金和不銹鋼等。飛行控制技術(shù)：提供無人機(jī)三維位置及時(shí)間數(shù)據(jù)的GPS差分定位系統(tǒng)、實(shí)時(shí)提供無人機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)的狀態(tài)傳感器、從無人機(jī)地面監(jiān)控系統(tǒng)接收遙控指令并發(fā)送遙測數(shù)據(jù)的機(jī)載微波通訊數(shù)據(jù)鏈、控制無人機(jī)完成自動導(dǎo)航和任務(wù)計(jì)劃的飛行控制計(jì)算機(jī)，所述飛行控制計(jì)算機(jī)分別與所述航姿傳感器、GPS差分系統(tǒng)、狀態(tài)傳感器和機(jī)載

10、微波通訊數(shù)據(jù)鏈連接。本實(shí)用新型采用一體化全數(shù)字總線控制技術(shù)、微波數(shù)據(jù)鏈和GPS導(dǎo)航定位技術(shù)，可使無人機(jī)平臺滿足多種陸地及海上低空快速監(jiān)測要求。無線通信遙控技術(shù)：無人機(jī)通信一般采用微波通信，微波是一種無線電波，它傳送的距離一般可達(dá)幾十公里。頻段一般是902928MHZ，常見有MDSEL805，一般都選用可靠的跳頻數(shù)字電臺來實(shí)現(xiàn)無線遙控，北京節(jié)點(diǎn)通有成熟的應(yīng)用。無線圖像回傳技術(shù)：采用COFDM調(diào)制方式，頻段一般為300MHZ,實(shí)現(xiàn)視頻高清圖像實(shí)時(shí)回傳到地面，比如NV301等，節(jié)點(diǎn)通有多種應(yīng)用。未來發(fā)展的關(guān)鍵方向：隨著無人機(jī)的發(fā)展，有許多關(guān)鍵難題需要攻克和解決。針對無人機(jī)發(fā)展中的關(guān)鍵方向，我們從隱身

11、技術(shù)，通信鏈路抗干擾能力，小型化 、集成化、數(shù)字化光電任務(wù)設(shè)備，自主導(dǎo)航，自動規(guī)避和微型化六個(gè)方面來闡述。一 隱身技術(shù)早在年初，美國就在無人機(jī)上部分地采用了隱身技術(shù)。其隱身特征是用金屬絲網(wǎng)罩住發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道，在機(jī)身兩側(cè)貼敷雷達(dá)吸波材料覆蓋層。機(jī)頭涂不導(dǎo)電的油漆。自此以后，便有越來越多的無人機(jī)采用隱身技術(shù)。隱身技術(shù)的一項(xiàng)主要工作是提高反雷達(dá)探測的能力，也就是提髙目標(biāo)在雷達(dá)探測下的隱身性能通常用 目標(biāo)的雷達(dá)截面積 表示。所謂目標(biāo)的雷達(dá)截面積是指目標(biāo)被雷達(dá)發(fā)射的電磁波射中時(shí)，其反射電磁波能量的程度。雷達(dá)截面積的大小反映了目標(biāo)反射電磁波能量的強(qiáng)弱其越小雷達(dá)就越不易探測到 目標(biāo)。在無人機(jī)上常從以下幾個(gè)方面

12、來減小。采用復(fù)合材料雷達(dá)發(fā)射的電磁波碰到金屬材料時(shí)，由于其是電導(dǎo)體，在金屬材料中易感應(yīng)生成相同頻率的電磁流。電磁流的流動會建立起電磁場，向雷達(dá)二次輻射能量。復(fù)合材料是由一些非金屬材料如碳 和絕緣材料如環(huán)氧樹脂組成。其導(dǎo)電率要比金屬材料低得多 。因此，當(dāng)雷達(dá)發(fā)射的電磁波碰到復(fù)合材料時(shí)，難以感應(yīng)生成電磁流和建立起電磁場，所以向雷達(dá)二次輻射能量要少得多。無人機(jī)上采用的復(fù)合材料主要有玻璃纖維加強(qiáng)合成樹脂、石墨與環(huán)氧樹脂 、以芳綸纖維為基礎(chǔ)的凱夫拉雷達(dá)吸波材料 。外形設(shè)計(jì)無人機(jī)在外形上采用機(jī)翼、機(jī)身、尾翼和短艙連接處光滑地過渡或機(jī)翼與機(jī)身高度融合的構(gòu)型。機(jī)翼為下單翼時(shí)采用平整的翼身組合下側(cè)面平滑的曲面外

13、形。后掠的機(jī)翼后緣和尾翼后緣。注意凹狀結(jié)構(gòu)凹狀結(jié)構(gòu)具有角反射器的特性。角反射器是由3個(gè)互呈90°的表面角連接而成。當(dāng)雷達(dá)的無線電波射入這個(gè)表面中的任一表面時(shí)可能形成三次“反彈從而在寬的視界角范圍內(nèi)返回強(qiáng)的電磁波能量到雷達(dá)。發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道、尾噴管、排氣口等都可看作凹狀結(jié)構(gòu)具有較大的雷達(dá)信號特征對發(fā)動機(jī)尾噴管來說還有紅外輻射特征。因此，對這凹類狀結(jié)構(gòu)應(yīng)采取隱身措施。二 通信鏈路抗干擾能力通信鏈路是無人機(jī)系統(tǒng)操縱的主要途徑。因此無人機(jī)系統(tǒng)對有意或無意的電磁波干擾非常敏感一旦受到干擾，就會導(dǎo)致產(chǎn)生錯誤的控制指令，致使無法執(zhí)行任務(wù)，甚至可能失控墜機(jī) 。在科索沃戰(zhàn)爭中，美軍的一架“先鋒”無人機(jī)由于

14、受到南聯(lián)盟的電子干擾而失去與航空母艦的聯(lián)系最終燃油耗盡而墜毀。確保不間斷的指揮與控制對無人機(jī)系統(tǒng)來說至關(guān)重要。因此 ，通信上要為無人機(jī)提供一個(gè)安全受保護(hù)的頻率，并安裝加密設(shè)備，同時(shí)增大機(jī)載鏈路設(shè)備發(fā)射功率，使其增加通信距離，提高抗干擾能力。同時(shí) ，為了應(yīng)對指揮與控制潛在的不可預(yù)料中斷無人機(jī)系統(tǒng)都有相關(guān)預(yù)編程序和自主返回地面的預(yù)案如按照原飛行航線返航。三 小型化 、集成化 、數(shù)字化光電任務(wù)設(shè)備光電任務(wù)設(shè)備俗稱光電平臺，以光傳感器為主如各種膠片相機(jī)、可見光和紅外相機(jī)、激光器等 。未來光電任務(wù)設(shè)備主要朝以下三個(gè)方面發(fā)展：隨著技術(shù)和工業(yè)的飛速進(jìn)步，體積小 、重量輕、功耗低的高性能集成機(jī)載傳感器應(yīng)運(yùn)而生

15、，可以在同一平 臺下實(shí)現(xiàn)可見光、前視紅外 、激光指示、激光測距等多種功能。航空偵察朝著空間的立體化發(fā)展要求光電平臺技術(shù)先進(jìn)、手段多樣、空間廣延、時(shí)間連續(xù) 。因此四框架兩軸平臺因其眾多優(yōu)點(diǎn)必然會越來越受到青睞。光電平臺數(shù)字化。數(shù)字化有以下幾方面優(yōu)點(diǎn)。圖像增強(qiáng)通過數(shù)字化對比度處理，使圖像清晰度更好辨認(rèn)和抽取感興趣的區(qū)域可將場景以多種角度和尺寸顯示出來，數(shù)字工具能夠測算感興趣的目標(biāo)，采用數(shù)據(jù)壓縮和錯誤校正編碼，便于圖像分析，避免傳統(tǒng)模擬信號在傳輸時(shí)多次數(shù)模轉(zhuǎn)換減少數(shù)據(jù)的損耗 ，真實(shí)地在地面還原原始圖像。四 自主導(dǎo)航現(xiàn)如今大部分的無人機(jī)導(dǎo)航主要由組合定位定向?qū)Ш较到y(tǒng)完成組合導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)時(shí)閉環(huán)輸出位置和姿

16、態(tài)信息。為飛機(jī)提供精確的方向基準(zhǔn)和位置坐標(biāo)同時(shí)實(shí)時(shí)根據(jù)姿態(tài)信息對飛機(jī)飛行狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測?；窘M合導(dǎo)航系統(tǒng) 由激光陀螺捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收機(jī)組成。在實(shí)際作戰(zhàn)環(huán)境中，外界的電磁環(huán)境非常復(fù)雜，容易被干擾。而激光陀螺捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)隨著時(shí)間的增長誤差會越來越大，在長時(shí)間的飛行中無法給 出飛機(jī)確定的位置、姿態(tài)和航向信息自主導(dǎo)航功能的應(yīng)用變得非常重要。自主導(dǎo)航模式，顧名思義即飛機(jī)不依賴外部提供的電磁數(shù)據(jù)信號進(jìn)行導(dǎo)航的模式。自主導(dǎo)航中，激光陀螺捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)依然是主導(dǎo)航模式輔助導(dǎo)航方式 由 變換為天文導(dǎo)航和景象匹配導(dǎo)航等。天文導(dǎo)航是根據(jù)天體來測定飛行器位置和航向的航行技術(shù) 。天體的坐標(biāo)位置和它

17、的運(yùn)動規(guī)律是已知的，測量天體相對于飛行器參考基準(zhǔn)面的髙度角和方位角就可以計(jì)算出飛行器的位置和航向 。天文導(dǎo)航系統(tǒng)是自主式系統(tǒng)，不需要地面設(shè)備不受人工或 自然形成的電磁場的干擾，不向外輻射電磁波，隱蔽性好、定向、定位精度高，定位誤差與時(shí)間無關(guān)。在低空飛行時(shí)因受云層覆蓋的限制而較少采用天文導(dǎo)航，景象匹配導(dǎo)航能發(fā)揮更好的作用。預(yù)先通過光電偵察設(shè)備或雷達(dá)等手段獲取飛行路徑的景象信息，將這些景象數(shù)字化后存儲在機(jī)栽的相關(guān)計(jì)算設(shè)備中，這些信息要求具有很好的可觀測性。飛行中，通過機(jī)載的光電偵察設(shè)備或雷達(dá)獲取飛行路徑中的景象，然后利用機(jī)載數(shù)字景象匹配設(shè)備將其所測景象與預(yù)存的景象進(jìn)行相關(guān)比較以確定飛機(jī)的位置。五

18、自動規(guī)避隨著空中無人機(jī)飛行不斷增多 要求合理規(guī)劃航線、有效進(jìn)行監(jiān)管，防止無人機(jī)與有人駕駛飛機(jī)之間以及無人機(jī)相互之間發(fā)碰撞 。在伊拉克和阿富汗戰(zhàn)場，無人機(jī)活動頻繁，嚴(yán)重干擾了有人駕駛飛機(jī)的正常飛行。由于無人機(jī)環(huán)境感知能力缺乏、“視野狹窄”致使操作人員無法及時(shí)判明周圍空域的情況，只能按照任務(wù)程序操作 。因此，有人駕駛飛機(jī)飛行員執(zhí)行任務(wù)時(shí)需要時(shí)常留意闖入自己航線的無人機(jī)，以避免相撞。美軍曾發(fā)生過幾起低空無人機(jī)與直升機(jī)相撞的事故。自動規(guī)避系統(tǒng)可以利用機(jī)載安裝的應(yīng)答設(shè)備 ，每個(gè)無人機(jī)在飛行過程中向外廣播自身的經(jīng)度、緯度和髙度信息和其他在飛行中的無人機(jī)接收到這些信息后通過飛行控制計(jì)算機(jī)計(jì)算，在原有航線的基

19、礎(chǔ)上規(guī)劃出合理的規(guī)避航線。六 微型化微型無人機(jī)將作為士兵可攜帶的戰(zhàn)場偵察設(shè)備。其特點(diǎn)是體積小 、重量輕、機(jī)動性強(qiáng)、隱蔽性好、續(xù)航時(shí)間長特別適用于髙危環(huán)境下遂行任務(wù) 。微型無人機(jī)能夠提升戰(zhàn)場的信息化水平像飛蟲一樣盤旋在空中或者隱藏在某個(gè)角落不被發(fā)現(xiàn)的情況下進(jìn)行偵察 停在窗臺上觀察房間內(nèi)或下面街道上發(fā)生的事情將目標(biāo)區(qū)域的圖像和聲音傳給數(shù)千米之外的控制人員 。在搭載了其他傳感和偵察設(shè)備后徽型無人機(jī)還能用于執(zhí)行 目標(biāo)跟蹤、戰(zhàn)果評估、有害物質(zhì)檢測等任務(wù)。未來無人機(jī)作戰(zhàn)：未來，無人機(jī)武器系統(tǒng)代替人員作戰(zhàn)必然成為主流。但無人戰(zhàn)機(jī)仍存在“固有缺點(diǎn)”，即智能化水平仍舊不足。目前無人戰(zhàn)機(jī)多以單機(jī)方式執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)，尚未具備無人機(jī)編隊(duì)及協(xié)同作戰(zhàn)能力。兩機(jī)相遇，從搶先發(fā)現(xiàn)敵機(jī)到最后發(fā)出制勝一擊，短短數(shù)秒內(nèi)飛行員需要估測敵力、鎖定敵位，追蹤、反擊。其他影響空中戰(zhàn)斗的因素還包括：天氣、地形、燃料水平、駕駛情緒、交戰(zhàn)規(guī)則、對方飛行器種類判定,武器及防御裝配、環(huán)境溫度，等等。也就是在兩機(jī)遭遇的剎那、在整個(gè)高速機(jī)動過程中，飛行員與武器操作員要綜合所有這些情況，瞬間做出決定。以現(xiàn)在的無人機(jī)為基礎(chǔ)，要想設(shè)計(jì)和制造出堪比職業(yè)飛