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、無人機系統的一般組成

無人機系統包括地面系統、飛機系統、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遠距離控制，主要無線電遙控。

遙控信號：遙控站通過發射機向無人機發送無線電波，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，并把這些參數輸入到計算機，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，發回一個信號給雷達。由于信標機發射的信號比無人機發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，無人機的飛行姿態也在不斷變化，所以指令還需要包括對飛行姿態的修正內容。

無人機上的傳感器一直在收集自身的姿態信息，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，依靠安裝在載體內部的加速度計測量載體在三個軸向的加速度，經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。

慣導系統是一種航位推算系統。只要給出載體的初始位置及速度，系統就可以實時地推算出載體的位置速度及姿態信息，自主地進行導航。純慣導系統會隨著飛行航時的增加，因積分積累而產生較大的誤差，導致定位精度隨時間增長而呈發散趨勢，所以慣導一般與其他導航系統一起工作來提高定位精度。

2.衛星導航

全球定位系統（GPS）由美國建立的一套定位系統，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、連續的精密導航系統。

全球衛星導航分為三部分，包括空間衛星部分、地面監控、衛星接收機部分。在飛機上安裝衛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。

現在全球在使用的衛星導航系統還有：俄羅斯的glonass,歐洲的伽利略系統，還有中國正在建立的北斗系統。

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，它的工作原理是多普勒效應。

多普勒導航系統由磁羅盤或陀螺儀、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。根據多普勒雷達提供的地速和偏流角數據，以及磁羅盤或陀螺儀提供的航向數據，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，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各基本上都是組合導航系統，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。

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的特征數據，與實際飛行過程中測量到的相關數據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格，將其主要特征，如平均標高等輸入計算機，構成一個數字化地圖。

地形輔助導航技術就是利用機載數字地圖和無線高度表作為輔助手段來修正慣導系統的誤差，從而構成新的導航系統。它與導航方法的根本區別在于數字地圖對主導航系統僅能起到輔助修正作用，離開了慣導系統，數字地圖無法獨立地提供導航信息。

地形輔助系統可分為地形匹配、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。將測得的數據與存儲的數字地圖進行相關分析，確定飛機航跡對應的網格位置。因為事先確定了網格各點對應的經緯度值，這樣就可以使用數字地圖校正慣導。

◆景象匹配：也稱景象相關。它與地圖匹配的區別是，預先輸入到計算機的信息不只是高度參數，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，與預存數據比較，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，不需要與地面站聯系，不易被敵方發現和干擾。

弊：復雜的自主導航系統和控制系統，增加了重量，提高了成本。

遙控與自控結合

現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，在適當的地方投放起飛。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，無人機從發射架上起飛。這種起飛方式占用的發射場地很小，適合前沿陣地、山區或船上使用。

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成的機場條件起飛，無需復雜的起落架，起飛跑車的結構簡單、經濟。

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.手發射

這種發射方式最簡單，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。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.攔截網回收

用攔截網系統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。攔截網系統通常由攔截網、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相連，其作用是吸收無人機撞網的能量，避免無人機觸網后在網上彈跳不停受損。自動引導設備一般是一部置于網后的電視攝像機，或是裝在攔截網架上的紅外接收機，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—氣墊。

氣墊著陸顯著的優點是：無人機能在未經平整的地面、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、飛行自動控制系統和動力系統。

1.機身

機身主要用來裝載發動機、燃油、任務設備、電源、控制操縱系統等，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，但左右副翼偏轉方向不同時，就會產生滾裝力矩，是飛行器產生傾斜運動。

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、攔阻網等方式進行發射/回收的小型無人機就不需要起落架；對于采用手擲發射的小型無人機，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

飛行自動控制系統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，改變飛行狀態的所有裝置。

6.動力裝置

飛機動力裝置是用來產生拉力（如螺旋槳飛機）或推力（如噴氣式飛機），使飛機前進的裝置。現代無人機的動力主要分為渦輪噴氣發動機和渦輪風扇發動機兩類。

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