第1章-無人機(jī)概述

第1章無人機(jī)概述本章的主要內(nèi)容無人機(jī)的定義。無人機(jī)的發(fā)展歷史。無人機(jī)的基本分類。多旋翼無人機(jī)概述及發(fā)展。無人機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展趨勢(shì)。無人機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)。無人機(jī)的定義

無人機(jī)，稱為無人飛行器（UnmannedAerialVehicle），縮寫為“UAV”,是一種配備了數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、傳感器、自動(dòng)控制系統(tǒng)和通信系統(tǒng)等必要機(jī)載設(shè)備的飛行器，能夠進(jìn)行一定的穩(wěn)態(tài)控制和飛行，且具備一定的自主飛行能力而無須人工干預(yù)。無人機(jī)技術(shù)涉及到多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的綜合，有通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、人工智能技術(shù)、圖像處理技術(shù)、模式識(shí)別技術(shù)和控制理論。無人機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史

1910年，在萊特兄弟所取得的成功的鼓舞下，來自俄亥俄州的年輕軍事工程師查爾斯?科特林建議使用沒有人駕駛的飛行器：用鐘表機(jī)械裝置控制飛機(jī)，使其在預(yù)定地點(diǎn)拋掉機(jī)翼并象炸彈一樣落向敵人。在美國(guó)陸軍的支持和資助下，他制成并試驗(yàn)了幾個(gè)模型，取名為“科特林空中魚雷”、“科特林蟲子”。

1933年，英國(guó)研制出了第一架可復(fù)用無人駕駛飛行器——“蜂王”。使用3架經(jīng)修復(fù)的“小仙后”雙翼機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，從海船上對(duì)其進(jìn)行無線電遙控，其中2架失事，但第三架試飛成功，使英國(guó)成為第一個(gè)研制并試飛成功無線電遙控靶機(jī)的國(guó)家。無人機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史德國(guó)科學(xué)家領(lǐng)先時(shí)代數(shù)十年。實(shí)際上直到80年代底以前，世界上每一種研制成功的無人機(jī)都是以V-1巡航導(dǎo)彈或“?？?沃爾夫”（Fw189）飛機(jī)的構(gòu)造思想為基礎(chǔ)。德國(guó)“V-1”導(dǎo)彈無人機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史二戰(zhàn)期間，美國(guó)海軍首先將無人機(jī)作為空面武器使用。1944年，美國(guó)海軍為了對(duì)德國(guó)潛艇基地進(jìn)行打擊，使用了由B-17轟炸機(jī)改裝的遙控艦載機(jī)。美國(guó)特里達(dá)因?瑞安公司生產(chǎn)的“火蜂”系列無人機(jī)是當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)獨(dú)一無二、產(chǎn)量最大的無人機(jī)。1948-1995年，該系列無人機(jī)產(chǎn)生多種變型：無人靶機(jī)（亞音速和超音速），無人偵察機(jī)，無人電子對(duì)抗機(jī)，無人攻擊機(jī)，多用途無人機(jī)等。美國(guó)空軍、陸軍和海軍多年來一直在使用以BQM-34А“火蜂”靶機(jī)為原型研制的多型無人機(jī)。美國(guó)“火蜂”無人機(jī)無人機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史上世紀(jì)70-90年代及其以后，以色列軍事專家、科學(xué)家和設(shè)計(jì)師對(duì)無人駕駛技術(shù)裝備的發(fā)展做出了突出貢獻(xiàn)，并使以色列在世界無人駕駛系統(tǒng)的研制和作戰(zhàn)使用領(lǐng)域占有重要地位。以色列“偵察兵”無人機(jī)無人機(jī)的分類從按照飛行平臺(tái)構(gòu)型的不同，無人機(jī)分為6大陣營(yíng)，分別是無人飛艇、無人固定翼機(jī)、撲翼式微型無人機(jī)、無人傘翼機(jī)、旋翼式無人機(jī)、無人直升機(jī)。飛艇固定翼無人機(jī)無人機(jī)的分類撲翼無人機(jī)傘翼無人機(jī)

無人直升機(jī)多旋翼無人機(jī)無人機(jī)的分類按功能分類，無人機(jī)可以分為軍用無人機(jī)和民用無人機(jī)。按大小分類，無人機(jī)可以分為微型、輕型、小型、和大型無人機(jī)。按速度分類，無人機(jī)可以分為低速、亞音速、跨音速、超音速和高超音速無人機(jī)。按活動(dòng)半徑分類，無人機(jī)可以分為超近程、近程、短程、中程和遠(yuǎn)程無人機(jī)。按實(shí)用升限分類，無人機(jī)可以分為超低空、低空、中空、高空、和超高空無人機(jī)。按續(xù)航時(shí)間分類，無人機(jī)可以分為正常航時(shí)和長(zhǎng)航時(shí)無人機(jī)。正常航時(shí)無人機(jī)的續(xù)航時(shí)間一般小于24h，長(zhǎng)航時(shí)無人機(jī)時(shí)間一般等于或大于24h。

注：針對(duì)特定情況，對(duì)無人機(jī)劃分的量化標(biāo)準(zhǔn)可能會(huì)有所不同。全世界都在造無人機(jī)！80—90年代，除了美國(guó)和以色列外，其他國(guó)家的許多飛機(jī)制造公司也在從事無人機(jī)的研制與生產(chǎn)。西方國(guó)家中在無人機(jī)研制與生產(chǎn)領(lǐng)域占據(jù)領(lǐng)先位置的是美國(guó)。今天，美軍有用于各指揮層次––從高級(jí)司令部到營(yíng)、連長(zhǎng)的全系列無人偵察機(jī)。許多無人機(jī)可以攜帶制導(dǎo)武器（炸彈、導(dǎo)彈）、目標(biāo)指示和火力校射裝置。最著名的是“捕食者”可復(fù)用無人機(jī)，世界上最大的無人機(jī)––“全球鷹”，“影子-200”低空無人機(jī)，“掃描鷹”小型無人機(jī)，“火力偵察兵”無人直升機(jī)。美國(guó)“全球鷹”無人機(jī)美國(guó)“捕食者”無人機(jī)美國(guó)“影子200”無人機(jī)美國(guó)“掃描鷹”無人機(jī)美國(guó)“火力偵察兵”無人直升機(jī)多旋翼無人機(jī)概述及發(fā)展多旋翼無人機(jī)是近幾年才發(fā)展起來的，歷史尚淺。多旋翼無人機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了以下三個(gè)階段。1、理論開創(chuàng)階段

多旋翼無人機(jī)理論開創(chuàng)于上世紀(jì)初，直升機(jī)研發(fā)之前。幾家主要飛機(jī)生產(chǎn)商開發(fā)出的在多個(gè)螺旋槳中搭乘飛行員的機(jī)型，這種設(shè)計(jì)開創(chuàng)了多旋翼飛行器的理論。2、加速發(fā)展階段

近幾年，隨著電子技術(shù)、微機(jī)械技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，裝配高性能壓電陶瓷陀螺儀和角速度傳感器的多旋翼無人飛行器開始出現(xiàn)加速發(fā)展。3、未來發(fā)展階段隨著芯片處理能力的進(jìn)一步提高，以及更新的算法研究和人工智能技術(shù)的發(fā)展，多旋翼研究開始向智能化和編隊(duì)集群等方向發(fā)展，同時(shí)多種新技術(shù)尤其是圖像處理、視覺技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等都開始陸續(xù)集成到機(jī)載系統(tǒng)和地面系統(tǒng)中。多旋翼無人機(jī)定義及分類

多旋翼飛行器是一類通過多個(gè)定距槳（螺旋槳）正反旋轉(zhuǎn)與轉(zhuǎn)速控制提供飛行器升力與飛行器姿態(tài)調(diào)整按軸數(shù)個(gè)數(shù)分有三軸、四軸、六軸、八軸甚至十八軸等。按發(fā)動(dòng)機(jī)個(gè)數(shù)分有三旋翼、四旋翼、六旋翼、八旋翼甚至十八旋翼等。

需要明確一點(diǎn)，軸和旋翼一般情況下是相同的，有時(shí)候也是不同的，比如四軸八旋翼。它是將四軸上每個(gè)軸上下各安裝一個(gè)電機(jī)構(gòu)成八旋翼。多旋翼無人機(jī)無人機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域無人飛行器的應(yīng)用非常廣泛，可以用于軍事，也可以用于民用和科學(xué)研究。在民用領(lǐng)域，無人飛行器已經(jīng)和即將使用的領(lǐng)域多達(dá)40多個(gè)，例如影視航拍、農(nóng)業(yè)植保、海上監(jiān)視與救援、環(huán)境保護(hù)、電力巡線、漁業(yè)監(jiān)管、消防、城市規(guī)劃與管理、氣象探測(cè)、交通監(jiān)管、地圖測(cè)繪、國(guó)土監(jiān)察等。城市規(guī)劃與管理影視航拍無人機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域地圖測(cè)繪農(nóng)業(yè)植保電力巡線消防救援交通監(jiān)管無人機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)軍用無人機(jī)未來的發(fā)展趨勢(shì)?，F(xiàn)代軍用無人機(jī)的任務(wù)范圍已由傳統(tǒng)的空中偵察、戰(zhàn)場(chǎng)觀察和毀傷評(píng)估等擴(kuò)大到戰(zhàn)場(chǎng)抑制、對(duì)地攻擊、攔截巡航導(dǎo)彈，甚至空中格斗等領(lǐng)域。（1）小型化無人機(jī)。

充分發(fā)揮無人機(jī)成本低的特點(diǎn)，研制并大量應(yīng)用小型化無人機(jī)，滿足部隊(duì)連、排級(jí)近程戰(zhàn)術(shù)偵察的需求，完成戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視、目標(biāo)偵察、毀傷評(píng)估等任務(wù)。（2）高空、高速無人機(jī)。高空、高速無人機(jī)需要新型的高空、長(zhǎng)航動(dòng)力裝置，如液（氣）冷式渦輪增壓活塞發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)等。它能比普通的無人機(jī)更快、更安全地執(zhí)行偵察任務(wù)。（3）隱形無人機(jī)。在飛行器的設(shè)計(jì)上采用隱形外形設(shè)計(jì)技術(shù)，在材料上采用隱形材料技術(shù)，并采用相位對(duì)消技術(shù)，減小被雷達(dá)、紅外和噪音探測(cè)設(shè)備發(fā)現(xiàn)的概率，以提高無人機(jī)戰(zhàn)場(chǎng)生存能力。無人機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)（4）對(duì)地攻擊無人機(jī)。

對(duì)地攻擊無人機(jī)可分為一次性攻擊無人機(jī)和可重復(fù)使用攻擊無人機(jī)。一次性攻擊無人機(jī)在執(zhí)行偵察任務(wù)時(shí)，攜帶攻擊型戰(zhàn)斗部，在偵察過程中發(fā)現(xiàn)敵方臨時(shí)出現(xiàn)的重要目標(biāo)時(shí)可進(jìn)行實(shí)時(shí)攻擊，無人機(jī)直接撞向目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)“查打結(jié)合”，充分發(fā)揮了武器裝備的作戰(zhàn)效能，減少因呼喚火力延誤戰(zhàn)機(jī)的可能性；可重復(fù)使用攻擊無人機(jī)，是指在飛機(jī)外掛戰(zhàn)斗部

，通常是主動(dòng)或半主動(dòng)尋的導(dǎo)彈，當(dāng)飛機(jī)發(fā)現(xiàn)并鎖定目標(biāo)后，由地面人員發(fā)出攻擊指令，導(dǎo)彈脫離發(fā)射架，飛向目標(biāo)并將其摧毀。無人機(jī)返航后，可加掛導(dǎo)彈再次使用。（5）空戰(zhàn)無人機(jī)。

空戰(zhàn)無人機(jī)的智能程度要求更高。美國(guó)雖然曾對(duì)空空

格斗型無人機(jī)作了一些研制試驗(yàn)工作，并取得一些成效，但空中機(jī)群格斗錯(cuò)綜復(fù)雜，存在多機(jī)控制、操縱與指揮協(xié)調(diào)，以及無人機(jī)與地面火力的協(xié)同作戰(zhàn)等問題。無人機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)避免犧牲空勤人員，因?yàn)轱w機(jī)上不需要飛行人員，所以最大可能地保障了人的生命安全。無人機(jī)尺寸相對(duì)較小，設(shè)計(jì)時(shí)不受駕駛員生理?xiàng)l件限制，可以有很大的工作強(qiáng)度，不需要人員生存保障系統(tǒng)和應(yīng)急救生系統(tǒng)等，大大地減輕了飛機(jī)重量。制造成本與壽命周期費(fèi)用低，沒有昂貴的訓(xùn)練費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用，機(jī)體使用壽命長(zhǎng)，檢修和維護(hù)簡(jiǎn)單。無人機(jī)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)是能夠定點(diǎn)起飛，降落，對(duì)起降場(chǎng)地的條件要求不高，可以通過無線電遙控或通過機(jī)載計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控。無人機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)缺點(diǎn)主要表現(xiàn)在生存力低，在與有較強(qiáng)防空能力的敵人作戰(zhàn)時(shí)，無優(yōu)勢(shì)可言。無人機(jī)速度慢，抗風(fēng)和氣流能力差，在大風(fēng)和亂流的飛行中，飛機(jī)易偏離飛行線路，難