无人机发展综述秦博

无人机发展综述秦博（共5篇）

无人机发展综述秦博 篇1

无人机地面站发展综述

[摘要]主要介绍了无人机地面站的发展，包括无人机地面站典型的配置、功能及其关键技术。并展望了未来无人机地面站发展趋势。

1、概述

20年来，无人机己发展成集侦察、攻击于一体，而未来的无人机还将具有全自主完成远程打击甚 至空空作战任务的攻击能力。同时，与无人机发展 相匹配的地面控制站(GCS: Ground Contrul Station)将具有包括任务规划，数字地图，卫星数据链，图 像处理能力在内的集控制、瞄准、通信、处理于一 体的综合能力。未来地面站的功能将更为强大:不 仅能控制同一型号的无人机群，还能控制不同型号 无人机的联合机群:地面站系统具有开放性和兼容 性，即不必进行现有系统的重新设计和更换就可以 在地面控制站中通过增加新的功能模块实现功能 扩展;相同的硬件和软件模块可用于不同的地面 站。

地面站作为整个无人机系统的作战指挥中心，其控制内容包括:飞行器的飞行过程，飞行航迹，有效载荷的任务功能，通讯链路的正常工作，以及 飞行器的发射和回收。GCS除了完成基本的飞行与 任务控制功能外，同时也要求能够灵活地克服各种 未知的自然与人为因素的不利影响，适应各种复杂 的环境，保证全系统整体功能的成功实现。未来的 地面站系统还应实现与远距离的更高一级的指挥 中心联网通讯，及时有效地传输数据，接收指令，在网络化的现代作战环境中发挥独特作用。

2典型地面站的配置和功能概述

2.1地面站的典型配置

目前，一个典型的地面站由一个或多个操作控 制分站组成，主要实现对飞行器的控制、任务控制、载荷操作、载荷数据分析和系统维护等。其相互间 的关系如图1所示。

(1)系统控制站。在线监视系统的具体参数，包括飞行期间飞行器的健康状况、显示飞行数据和 告警信息。

(2)飞行器操作控制站。它提供良好的人机 界面来控制无人机飞行，其组成包括命令控制台、飞行参数显示、无人机轨道显示和一个可选的载荷 视频显示。

(3)任务载荷控制站。用于控制无人机所携 带的传感器，它由一个或几个视频监视仪和视频记 录仪组成。

(4)数据分发系统。用于分析和解释从无人 机获得的图像。

(5)数据链路地面终端。包括发送上行链路 信号的天线和发射机，捕获下行链路信号的天线和 接收机。

数据链应用于不同的UAV系统，实现以下主 要功能: —用于给飞行器发送命令和有效载荷;—接收来自飞行器的状态信息及有效载荷 数据。

(6)中央处理单元:包括一台或多台计算机，主要功能如下: —获得并处理从UAV来的实时数据: —显示处理;—确认任务规划并上传给UAV;一一电子地图处理;—数据分发: —飞行前分析;—系统诊断。

2.2地面站的典型功能

GCS也称为“任务规划与控制站”。任务规划 主要是指在飞行过程中无人机的飞行航迹受到任 务规划的影响;控制是指在飞行过程中对整个无人 机系统的各个系统进行控制，按照操作者的要求执 行相应的动作。地面站系统应具有以下几个典型的 功能:(1)飞行器的姿态控制。在各机载传感器获 得相应的飞行器飞行状态信息后，通过数据链路将 这些数据以预定义的格式传输到地面站。在地面站 由GCS计算机处理这些信息，根据控制律解算出 控制要求，形成控制指令和控制参数，再通过数据 链路将控制指令和控制参数传输到无人机上的飞 控计算机，通过后者实现对飞行器的操控。

(2)有效载荷数据的显示和有效载荷的控制。有效载荷是无人机任务的执行单元。地面控制站根 据任务要求实现对有效载荷的控制，并通过对有效 载荷状态的显示来实现对任务执行情况的监管。

(3)任务规划、飞行器位置监控、及航线的 地图显示。任务规划主要包括处理战术信息、研究 任务区域地图、标定飞行路线及向操作员提供规划 数据等。飞行器位置监控及航线的地图显示部分主 要便于操作人员实时地监控飞行器和航迹的状态。

(4)导航和目标定位。无人机在执行任务过 程中通过无线数据链路与地面控制站之间保持着 联系。在遇到特殊情况时，需要地面控制站对其实 现导航控制，使飞机按照安全的路线飞行。随着空 间技术的发展，传统的惯性导航结合先进的GPS导 航技术成为了无人机系统导航的主流导航技术。目 标定位是指飞行器发送给地面的方位角，高度及距 离数据需要附加时间标注，以便这些量可与正确的 飞行器瞬时位置数据相结合来实现目标位置的最 精确计算。为了精确确定目标的位置，必须通过导 航技术掌握飞行器的位置，同时还要确定飞行器至 目标的短矢量的角度和距离，因此目标定位技术和 飞行器导航技术之间有着非常紧密的联系。

(5)与其他子系统的通信链路。该通信链路 用于指挥、控制和分发无人机收集的信息。随着计 算机和网络技术的发展，现行的通信链路主要借助 局域网来进行数据的共享，这样与其他组织的通讯 不单纯的是在任务结束以后，更重要的是在任务执 行期间，通过相关专业的人员对共享数据进行多层 次的分析，及时地提出反馈意见，再由现场指挥人 员根据这些意见，对预先规划的任务立即做出修 改，从而能充分利用很多资源，从战场全局对完成 任务提供有力的支持和合理的建议，使得地面站当 前的工作更加有效。

2.3国外典型地面站的配i与功能

美国“捕食者”无人机地面站的部分配置如图 2所示。

图2中示出的是无人机操作员和任务载荷操作 员进行操控的方舱内的一部分。

2.3.1“捕食者”无人机地面站组成及装备

(1)捕食者，无人机主要由飞行控制站、任务 载荷控制站和合成孔径雷达控制站组成，分别由无 人机操作员(AVO)、任务载荷操作员(P0)和 合成孔径雷达操作员((SARO)三人进行操控。AVO:负责对无人机进行操控，包括起飞、着 陆、飞行中姿态控制等。

SARO:负责控制和监视无人机的雷达，并对 其图像作有限处理。操作员的操控包括对TV相机、红外相机、内置雷达等，雷达可同TV相机或红外 相机同时操作。

(2)“捕食者”无人机的配置。地面控制站 安装在长lOm的独立拖车内，内有遥控操作的飞行 员、监视侦察操作手的座席和控制台，三个波音公 司的任务计划开发控制台、两个合成孔径雷达控制 台，以及卫星通信、视距通信数据终端。

地面站可将图像信息通过地面线路或“特洛伊 精神”数据分派系统发送给操作人员。“特洛伊精 神”采用一个5.5m Ku波段地面数据终端碟形天线 和一个2.4m数据分派碟形天线。

“捕食者，无人机可以在粗略准备的地面上起飞 升空，起飞过程由遥控飞行员进行视距内控制。典 型的起降距离为667m左右。任务控制信息以及侦 察图像信息由Ku波段卫星数据链传送。图像信号 传到地面站后，可以转送给全球各地指挥部门，也 可直接通过一个商业标准的全球广播系统发送给 指挥用户，指挥人员从而可以实时控制“捕食者” 进行摄影和视频图像侦察。

2.3.2“捕食者”无人机地面站功能

“捕食者”无人机的地面站功能包括飞行监 控、导航、任务载荷、任务规划、一个C波段可视 数据链或者一个超视距用的Ku波段的卫星数据链 等。其中任务规划功能如下:(1)点击用户接口;(2)实时地图漫游;(3)应急航路规划;(4)支持多无人机规划:

(5)显示经纬度或UTM中的坐标:(6)基于航路点的无人机性能自动校验;(7)对地形间隔快速检验;(8)视线和卫星可见性检测:(9)一个C波段可视数据链或者一个超视距 用的Ku波段的卫星数据链。

3关键技术及典型解决方案

3.1友好的人机界面

为更好地控制无人机，地面控制站采用了各种 形式的GCS，以便对无人机的飞行状态和任务设备 进行监控。GCS为操作员提供一个“友好”的人机界 面，帮助操作员完成监视无人机、任务载荷及通信 设备的工作，方便操作员规划任务航路、控制无人 机、任务载荷及通信设备。

人机界面的设计原则:(1)一致性。提示、菜单和帮助应使用相同 的术语，其颜色、布局、大小写、字体等应当自始至终保持一致。

(2)允许熟练用户使用快捷键。(3)提供有价值的反馈。

(4)设计说明对话框以生成结束信息。操作 序列划分成组，每组操作结束后都应有反馈信息。(5))允许轻松的反向操作以减轻用户的焦虑，鼓励用户大胆尝试不熟悉的选项和操作。(6)支持内部控制点。某些有经验的用户可 以控制系统，并根据操作获得适当与正确的反馈。(7)减少短时记忆。由于人凭借短时记忆进 行信息处理存在局限性，所以要求显示简单。

3.2操作员的培训

当代无人机操控回路的主导者仍然是人，为此 人一机完善交互是UAV有效执行任务的重要环节，操控者必须能在紧急时刻快速、正确地发出操控指 令，稍误，则丧失战机或引发事故，因此，操控人 员的素质与技能水平培训也是一个关键问题。UAV 操控人员的培训无法像有人军机那样通过飞行训 练和实弹演习完成，而需要依靠一系列仿真技术来 实现，其中重点要研究解决的仿真技术项目有:

(1)虚拟座舱及操控设备。重点要解决的是 虚拟现实环境的构成、系统建模仿真技术和数字传 输的快捷、准确、可靠和畅通。操控人员使用类似 有人驾驶飞机的同种仪表设备(包括按钮、手柄、开关等)和软件，以体验同样的感观效果;(2)人为仿真故障和误差的设置、建模与注 入技术;(3)创立实时逼真飞行动画技术、全息显示 技术;(4)人一机权限与功能分配，任务规划和任 务管理方法研究与训练。

(5)实时评价技术包括对飞行性能、导航定 位、飞行品质、作战效果以及电磁信号等确定明确 的评估标准。操控人员要熟练掌握，做到判断正确，操控实时、准确。

3.3一站多机的控制

地面站目前正向一站多机的方向发展，即指一 个地面站系统控制多架、甚至是多种无人机。未来 无人机地面站将朝着高性能、低成本、通用性方向发展，所以一站多机是发展趋势，这也对地面站的 显示和控制提出了更严格的要求。

3.4开放性、互用性与公共性

(1)“开放性”指的是不必对现有系统进行 重新设计和研制就可以在地面控制站中增加新的 功能模块。这种开放性的定义和要求使得模块化的 设计和实现方法成为地面控制站设计和实现的最 佳途径。各模块间的功能具有一定的独立性而组合 在一起，又能实现整个系统的功能。这种设计思路 不仅可通过增加新的模块来扩展功能，也可以根据 任务的不同对模块进行实时的添加或者屏蔽。

可以美国海军的通用无人机地面控制站的 TCS战术控制系统为例(如图3所示)来说明。its 战术控制系统提供了一个开放式体系结构软件，能 够控制多种不同类型的海上I岸上计算机硬件，实现 任务规划、指挥与控制以及情报数据接收和分发等 功能。

(2)“互用性”指的是地面控制站能控制任 何一种不同的飞行器和任务载荷，并且能够接入连 接外部世界的任何一种通信网络。互用性现在己经 成为各国发展无人机系统的一个重要思考点。随着 网络中心战思想的提出，无人机群的任务必须配合 并融入整体作战任务之中，“互用性”的思想正是对 这一发展趋势的指导。

(3)“公共性”指的是某个地面控制站与其 它的地面站使用相同的硬件及部分或者完全相同 的软件模块。提出公共性的目的在一定程度上也是 为了实现地面站的资源通用，便于维护修复。地面 站作为整个无人机系统中最隐蔽的子系统，是很少受到破坏的，但是，一旦受到破坏，整个无人机系 统可能陷于瘫痪，所以公用性的提出可以提高整个 无人机系统的维修性和保障性，从而更加合理地利 用已有的地面站资源。

上述三个概念并非相互独立。在多数情况下，它们是从不同角度，以不同的方式对同一对象进行 描述。开放性的结构通过容纳新的软件和硬件使得 “互用性’和“公共性，得以提高。作为无人机系统的 神经中枢，地面控制站要全力地建立开放性、互用 性和公共性。

3.5地面站对总线的需求

随着无人机技术的不断发展，无人机航空电子 系统与地面站系统之间的通信量越来越大，这就要 求地面站系统的无线通信、任务处理、图像处理能 力不断增强，因而采用高带宽、低延迟的总线网络 实现各部分之间的互连成为必然趋势。从目前的发 展来看，只有Gbps级的互连总线网络才能满足未 来地面控制站发展对总线的需求。鉴于光纤通道(Fc)具有高带宽、低延迟、低误码率、灵活的拓 扑结构和服务类型、支持多种上层协议和底层传输 介质以及具有流控制功能，因此可采用光纤通道(FC)来实现其需求。FC己经成功应用于F-35 JSF高度综合化和开放式的航空电子系统结构中，相信FC一定能很好地满足地面站的要求。3.6可靠的数据链

发展安全、可跨地平线、抗干扰的宽带数据链 是无人机的关键技术之一。近年来，射频和激光数 据链技术的发展为其奠定了基础。

除了带宽要增加外，数据链也要求可用和可 靠。数据链的可用是指一特定星群的覆盖区域和范 围。可靠是指信号的健壮性。对于不可避免的电子 干扰，数据链需要采用复杂的信号处理和抗干扰技 术(如扩频、调频技术等)，并能够确保在数据链 失效的情况下，飞机能安全返回基地。4无人机地面站发展的趋势

无人机地面站技术具有以下发展趋势:(1)发展通用地面站。美军无人机发展思路 是:由陆海空根据各自的需要分别重点开发战术无 人机、垂直起降战术无人机和中稿空长航时无人 机;最大限度地使用通用的机载设备，避免重复研 制:实现地面控制系统的标准化。当前，美国国防 部正考虑如何将各层次的无人机综合到系统中。为 确保各情报侦察系统间能毫无障碍地传输图像和 数据，美国国防航空侦察和国家图像测绘局共同拟 定了一项‘通用图像地面接口系统”，并确定一套通 用的图像存储与传输的协议，以解决各层次无人机 之间的地面站和数据的接口标准问题。

(2)重视一站多机的地面站的设计，包括硬 件结构及友好的人机界面。这种地面站的设计可同 时操控多架无人机、使用较少的操作员操纵更多的 无人机，这样既提高了操作效率，也减少了人力成 本。(3)逐步发展无人作战飞机地面站的设计。是利用现有的飞机还是研究一个全新的飞机现尚 无定论，但是先研究地面站的人机界面设计是必要 的。

(4)发展可靠的、干扰小的、宽带宽的数据 链路，提高数据传输效率。其涉及的关键技术有: 数据链路的抗截获、抗干扰的编码、加密、变频、跳频、扩频与解扩技术和图像压缩与传输解压以及 高速信号处理技术等。

(5)发展人工智能决策技术。该技术涉及无 人机的自主程度问题，尤其是针对无人战斗机。这 需要一些智能的、基于规则的任务管理软件来驱动 安置在无人机上的综合传感器，保证通信联接，完 成无人机与操纵人员的交互，使无人机不仅能确保 按命令或预编程来完成预定任务、对己知的目标作 出反应，还能对随机突现的目标作出相应反应。

(6)发展无人机操控的安全、告警与防错技 术。

(7)发展无人机通信中继。地面站与无人机 之间的中继用以提高作战半径和地面控制站的安 全性。关键技术包括超衫旅巨中继转发与传输、多通 道大容量实时信息中继复合传输、军民共享卫星链 路和中继载体与无人机协调问题等技术。

参考文献

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无人机发展综述秦博 篇2

按照飞行平台构型的不同, 无人机可以分为固定翼、旋翼、无人飞艇、伞翼、扑翼等[2]。无人机产品形态结构各异、功能复杂, 但飞行原理相似。正是由此, 为无人机回收发射技术发展, 并渗透到各个领域中提供基础。

在无人机体系中, 许多关键技术起决定作用, 有气动、人工智能、通信、发射回收技术等[3]。传统的无人机的发射方式, 很难实现连续循环发射的无人化、智能化和自动化。传统无人机分为陆基、空基、海基发射技术只适合运用于军事行业, 其它领域依靠手抛和轨道起飞方式。不能真正体现无人机的灵活性, 约束无人机的任务半径。小型无人机的发射有采用容器式装置发射的[4]。无人机运用在哪方面, 都无法解决发射和回收局限性的问题。

1 无人机发射技术

一般无人机发射方式有火箭助推、液压、气压弹射和地面滑道起飞等。大型无人机一般利用地面滑跑起飞的方式, 中小型无人机则采用费用极高且安全措施高的弹射起飞方式。传统的液压弹射系统和气动弹射系统通常占地面积大、展开撤收困难[5]。

1.1 手抛发射

手抛发射, 由操作手投掷无人机到空中, 实现起飞过程。手抛发射一般用于体积小、质量小的小微型无人机, 如美国大乌鸦、指针无人机, 英国MSV-10 无人机。但是这对发射者提出一定的要求, 发射时要注意投掷力大小和方向[6], 从而确保无人机发射成功。

1.2 蓄能弹射发射

弹射起飞是将弹性势能转换为机械动能, 使无人机加速到安全起飞速度。弹射起飞的优点是机动灵活性好、安全隐蔽性好;其缺点是发射质量不能太大, 滑轨不能太长。按发射动力能源的不同, 弹射起飞可分为液/ 气压弹射、弹力弹射、电磁弹射和燃气弹射等多种方式[6]。

以色列拉斐尔公司生产的一种便携式小型无人机云雀。当操作人员在空间约束无法跑着发射无人机时, 可以采用发射管发射。

1.3 气动液压发射

20 世纪90 年代国际上发展起来的一种先进的导轨动能弹射起飞方式, 主要采用气液压能源作为无人机弹射起飞的动力。由于技术复杂, 最初只有美、英等少数国家掌握此项技术, 如美国影子200 和天鹰。发射过程, 无人机首先固定在滑车上, 滑车就位、锁定, 进行液体压缩氮气储能。滑车到达滑轨终点时在液压刹车装置作用下停住, 无人机离开滑车飞向天空[7]。但是, 所需配套装置比较冗杂, 需要一定数量的操作人员, 耗能和噪声较大, 机动隐蔽性差。

1.4 弹药火箭发射

原理和气动液压发射类似, 该系统由机体、发射车、地面测控站、和火工品等部分组成。采用上单翼、双尾撑、后推式总体气动布局, 飞行平稳度高、续航时间长;具有卫星、无线电、航程推算三种定位及组合导航方式;具有在云、雾、雨 ( 中阵雨) 气象条件下昼夜执行飞行任务的能力 (如图1) 。

火箭助推系统推力线控制与调整要求复杂且不能重复使用, 火箭脱落时与后置式动力装置发生干涉, 而且设计火工品的储存和使用, 费用高昂, 且发射时具有声光烟信号, 容易暴露目标。

1.5 地面滑跑起飞

该方式主要是利用无人机自身发动机的推力, 驱动无人机在跑道上加速起飞, 这与当前的固定翼人驾驶飞机起飞原理相像。主要分为起飞滑跑起飞和轮式起落架滑落起飞。地面滑跑起飞的优点是发射系统简单可靠, 配套地面保障设备少, 加速过程的过载小。而缺点是需要跑道设施和较好的地况要求, 机动灵活性比较差。一般的, 对于起落架的结构设计会较大程度影响飞机载荷大小和安全性。

1.6 旋转抛射起飞

西北工业大学当前研究出一种无人机旋转抛射装置[5]。该装置通过控制旋转抛射装置电机的旋转速度将中小型无人机的发射速度在0m/s ~ 50m/s之间, 能够有效减小中小型无人机在起过程中的过载, 延长无人机的使用寿命, 具有生产制造费用低、占地面积小、操作方便并且能够车载和舰载使用的特点。

然而, 该装置发射无人机时受到无人机的尺寸、结构的影响, 由于无人机承载任务载荷所导致的重心偏移, 发射过程中的惯性力消除有所难度。同时, 飞机的爬升高度对装置的结构也有较大地限制。

2 无人机回收技术

无人机回收方式较少, 主要着眼于缓冲吸能目标上, 主流为撞网回收、伞降回收、着陆滑跑回收、垂直降落回收、中空回收和气垫回收。

2.1 撞网回收

主要由拦截网、吸收能量装置和引导设备构成。拦截网承担吸能缓冲的任务, 用来吸收无人机撞网后来回摆动能量, 防止触网后弹跳不停, 以致损伤。自动引导装置是网后面的移动摄像头, 时刻捕捉无人机返航后, 进入回收空域, 随时报告无人机的相对回收装置的三维坐标。

但是, 该拦截也存在一些劣势。当无人机返航时, 需要有操作人员时刻关注监视器的状况, 根据无人机的实时位置, 来半自动地无人机的飞行姿态, 修正无人机飞行路线, 对准地面摄像机的瞄准线, 飞向拦截网。同时, 无人机的降落速度、重量和载荷也要考虑, 以免损坏拦截网[4]。

2.2 伞降回收

伞降回收方式是无人机在回收降落的时候, 机身在降落伞的牵扯作用下, 机身反转180°, 机体腹部朝上背部朝下, 机背的着陆气包在碰地的时候充气撞击地面, 起到缓冲的作用, 从而保护了内部的各种仪器[8]。同样, 英国的“小鹰”使用伞降回收方式进行着陆, 机背的汽包充气先着陆保护机体内部的设备不受损害[9]。

系统还是存在很多不足之处, 主要回收的精度达不到预期的要求, 飞机着陆姿态不当或速度过大, 导致机体部件或任务负载损毁。无人机的机体或者负载损毁的主要原因是着陆姿态不当, 例如机头垂直撞向地面, 或者速度过快[10]。

2.3 着陆滑跑回收

在1.5 中也有叙述, 在着陆滑跑回收当中, 起落架滑轮着陆的回收方式与有人机类同。不同之处, 无人机的着陆回收方式有特有的优势。固定翼无人机对跑道要求相对有人机要求比较宽松。有些无人机回收架允许损坏, 作为吸收能量缓冲的过程。另外, 为了缩短着陆滑跑距离, 会对无人机进行设置拦阻索拦截。例如在机尾安装钩状结构, 着陆时勾住拦阻索, 实现无人机降落。

3 无人机回收发射一体化技术

3.1 旋转抛射一体化技术

东北大学IBIT仿生智能团队提出一种旋转抛射无人机发射与回收一体化装置, 包括支撑架、大臂、发射/ 回收台。该装置结合无人机回收与发射的运动特点, 利用仿生学原理, 模仿手臂抓取运动物体和抛射物体的两个过程, 把无人机的回收和发射两个过程整合到一起。优化方法分析大臂旋转和大臂上的曲柄滑块机构合成运动的轨迹, 得到一段无人机发射时所需的轨迹[11]。

经过实验, 该装置也存在一些不足, 在机械部分:现实装置比较大, 旋转惯性大, 加工精度难度和材料比较困难;旋转装置体积、重量变小后, 对于回收发射的缓冲曲线拟合不明显, 吸能效果可能不佳。而对于控制部分:对于无人机回收, 动态性捕捉、握手信息交互技术要求较高;装置的反应速度要求比较高, 由于装置的旋转部分的惯性比较大, 有滞后性, 对机械动力的机动性要求高。

3.2 弹射回收一体化技术

针对上述旋转抛射无人机发射与回收一体化装置的短板, 从简易型和使用的角度提出一种基于STM32 弹射回收一体化的装置 (如图2) 。调整机架的角度, 选择合适的回收与发射角度。根据无人机速度特性, 与物体同向运动, 形成顺应性主动缓冲。当无人机回收后, 缓冲网主动张开, 将无人机姿态调整到回收平台中部, 发射台与回收平台之间由锁紧装置连接, 蓄能、触发张开锁紧装置, 释放发射无人机。

本装置对固定翼无人机的回收实现网式的柔性缓冲, 能有效降低无人机的损伤。采用主动和被动缓冲相结合的方案, 较大地提高回收平台对无人机动能的吸能的效果;机构简单灵巧, 整个过程几乎无须人为干预。自主操作降低了失误率, 提高了回收精准度, 降低人为成本。对需要对回收吸能缓冲和调姿进一步优化, 进一步提高实现无人机的自动定点降落精度

3.3 一种无人机综合方舱系统

一种无人机综合方舱系统[12], 包括卡车、分段式方舱、无人直升机、地面指挥测控站、自动发射回收与升降控制系统、维护保障系统及电源系统。自动发射回收与升降控制系统为无人直升机的投放平台。各个系统集成于一个综合方舱内, 同时具备无人直升机的机动储运、发射回收、任务部署、指挥控制、现场维护保障等多种功能, 能高效快速地完成无人机的任务部署。

3.4 其他领域的一体化技术

3.4.1 水体捕捉和炮弹发射技术

当前国外出现一种用于从水体中捕捉目标物体的方法、设备以及计算机程序产品[13]。该方法将水体空间划分为不同轨道, 通过捕捉装置和目标物的轨道相对位置和速度, 来实时分析、确定装置的运动状态。对于在水体发射, 现有潜射战术导弹射击训练中, 对于导弹弹道的监控只有出水之后的空中弹道, 而水中段尚无有效的监测手段。而水中段是最薄弱环节, 导弹最易出现故障且故障原因难以确定[14]。同时, 潜射导弹出水过程中受到海浪作用的扰动, 对导弹水弹道参数产生一定影响, 西北工业大学航海学院提出基于蒙特卡洛法思想, 结合波浪随机性特点, 阐述了不同海况和主浪向参数波浪影响下弹道参数其变化规律[15]。水体捕捉和导弹潜射轨道模拟, 两者并没有太多的技术结合点。

3.4.2 舰载机回收、发射技术

航母舰载机的起飞和回收技术是一项重要的军事装备技术。目前蒸汽式弹射器[16]是现役的航母上主要采用的技术方案。但随着航母吨位和舰载机起飞质量的增加, 要加大弹射能量和提高自动化程度及其控制精度。

从20 世纪初, 航母上一直都未有专门用于辅助舰载机降落的着舰设备而是通过甲板末端左侧的着舰信号官指引。应战争需要, 出现了等角下滑技术和光学助降系统, 例如菲涅尔透镜光学助降系统。人工导引着舰方式易受到气象等环境因素的影[17], 针对这些缺点, 出现了联合精密进近与着陆[18] (舰) 系统, 应用GPS动态载波相位跟踪技术的航空母舰舰载机着舰系统[19]所有现役航母上正在使用的惟一的一种阻拦装置是液压缓冲阻拦装置。目前, 由于相关技术很敏感, 国外发表的舰载机阻拦技术相关理论研究的文章很少[20]。国内研究大多停留在拦阻索建模仿真和动力学分析上上面, 实质性进展较少。

4 结论

随着无人机技术的飞速发展, 特别对无人机使用的生存率、机动性和可靠性提高需求强烈, 这对发射、回收系统的设计以及技术应用提出了更高要求。当前蓄能弹射方式应用较广, 具有隐蔽性好、经济性好和适应性好等优点。

浅谈无人机发展史 篇3

无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，主要是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。

从技术角度定义可以分为：无人固定翼机）、无人飞艇、无人直升机、无人多旋翼飞行器等。

无人机按应用领域，可分为军用与民用。军用方面，无人机分为侦察机和靶机。民用方面，无人机+行业应用，是无人机真正的刚需；也大大的拓展了无人机本身的用途，发达国家也在积极扩展行业应用与发展无人机技术。我们在这里主要介绍的是无人机农业方面的知识。在后面我们会介绍到有关无人机的基本趋向。

下面我们来讲解一下关于无人机的起源。说到无人机，它最早是在20世纪20年代出现的，1914年第一次世界大战中有人研制一种不用人驾驶，而用无线电操纵的小型飞机。现代战争是推动无人机发展的基本动力。世界第一架无人机诞生于1917年，而无人机真正投入作战始于越南战争，主要用于战场侦察。

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捕食者无人机

全球鹰无人机（空中加油）

由中国航天科工三院生产的腾飞HW-200型无人机。后来还为神舟飞船的发射和回收也提供气象保障服务。

今天，城市与乡村，都在因无人机的出现而发生改变，不管时生活在农村地区还是城镇之中，无人机正在像空气无孔不入地渗入到人们的日常生活中，在人潮拥挤的大城市，以及另一端的乡村。你会惊叹于无人机的运输能力以及提高农业生产效率上的杰出表现。

在乡村地区，从无人机飞入农田的那一刻起，便意味着农业生产方式将再次发生变革。因为无人机正在为农业提供一种现代化的高效率、低成本的植保方式，帮助农民渐进的改进农业作业方式。在传统农业生产中，农民施肥、喷洒农药、以及对病虫害灾情的预防全凭经验，在作业过程中，对每片土地和庄稼事必躬亲。这种粗放的作业方式，强度大、效率又低，而无人机将会是由繁重的体力劳动、高成本、低效益向解放生产力、低成本、高效益转变的重要手段，无人机技术的深入和使用，将使现有的农田耕作变得更高效、更节约资源和环境友好。

在许多偏远山区，糟糕的道路使农民们在一年中的某些时候与外界完全隔绝，我们没有办法以可靠的途径给他们提供药材，他们没办法收取关键物资的供应，也不能把自己的产品货物运到市场上去，来创造可持续性的收入。当然它的作用远不在这里。

为了加强对民用无人机飞行活动的管理，规范空中交通管理，保证民用航空活动的安全，2009年以来，民航主管部门颁布了多个管理文件。

2013年出台的《民用无人驾驶航空器系统驾驶员管理暂行规定》指出，由中国AOPA协会负责民用无人机的相关管理。根据《规定》，中国内地无人机操作按照机型大小、飞行空域可分为11种情况，其中仅有116千克以上的无人机和4600立方米以上的飞艇在融合空域飞行由民航局管理，其余情况，包括日渐流行的微型航拍飞行器在内的其他飞行，均由行业协会管理、或由操作手自行负责。按照体育总局的规定，多旋翼无人机纳入遥控航空模型飞行员技术等级考试。其中在《无人机政策法规》中也列举了十几条规定，如下：

一、民用无人机应当依法从事工业、农业、林业、渔业、矿业、建筑业的作业飞行和医疗卫生、抢险救灾、气象探测、海洋检测、科学实验、遥感测绘、教育训练、文化体育、旅游观光等方面的飞行活动。当然，我们这里最常见的就是八轴植保机了。

二、民用无人机活动及其空中交通管理应当遵守相关法规和规定，其中包括《中华人民共和国民用航空法》、《中华人民共和国飞行基本规则》、《通用航空飞行管制条例》及民航局规章等。类似于

报告。

七、在临时飞行空域内进行民用无人机飞行活动，由从事民用无人机飞行活动的单位、个人负责组织实施，并对其安全负责。

八、民航空管单位应当按照有关法规和本规定的要求对民用无人机飞行活动进行空中交通管理。不得在一个划定为无人机活动的空域内同时为民用无人机和载人航空器提供空中交通服务。

九、民用航空器机组人员发现无人机飞行活动应当及时向相关空中交通管制部门报告。空中交通管制单位发现区域内有无人机活动或者收到相关报告，应当向所管制的航空器通报无人机活动情报，必要时提出避让建议，并按要求向相关管制单位、空管运行管理单位和所在地的民航监管局通报。

十、民用无人机活动中使用无线电频率、无线电设备应当遵守国家无线电管理法规和规定，且不得对航空无线电频率造成有害干扰。民用无人机遥控系统不得使用航空无线电频率。在民用无人机上设置无线电设备，使用航空无线电频率的，应当向民用航空局无线电管理委员会办公室提出申请。

反恐利器无人机及其未来发展方向 篇4

反恐利器无人机及其未来发展方向

彩虹-5热闹了一周的珠海航展终于在6日落下帷幕。在这次航展上，中国推出的各型先进装备瞄准海外市场。据《环球时报》记者了解，中国航天空气动力技术研究院的“彩虹”系列无人机已销往全球十多个国家，甚至力压美国“捕食者”成功装备伊拉克等国军队。“彩虹”无人机的魅力何在？该系列无人机总师石文近日接受《环球时报》专访时道出其中奥秘。“彩虹-5”“翼龙”“捕食者”为什么长得像？尽管中国无人机产业取得的成就有目共睹，但依然有部分西方媒体酸溜溜地说，“中国航展的无人机外形都是在抄袭美国‘捕食者’”。石文在采访中直面了这种质疑。他告诉《环球时报》记者，从外形上看，无论是“彩虹-4”“彩虹-5”，还是“翼龙-1”“翼龙-2”，或者是美国“捕食者”“死神”无人机，它们的外形的确有类似之处，但这是由其“察打一体”的特性决定的。石文掰着手指一项项地对《环球时报》记者介绍了这类无人机的外形是如何设计的。首先，“察打一体”无人机必须有较长的滞空时间。飞机想要飞的时间长、带的燃料多，就得选用高升阻比的平直机翼。其次，如果发动机的位置放在机头，排出的废气容易污染机身中部的雷达或光电探测设备，因此平直机翼、发动机后置再加最简单的直机身，就构成标准的“察打一体”无人机外形。至于说这类无人机都采用V形尾翼，主要是涉及投放机载导弹的问题。无人机携带的小型导弹通常是在挂架上点火发射，尾焰可能会威胁到后方的水平尾翼。美国早期“捕食者”无人机执行侦察任务，当时设计的是倒V形尾翼。但后来它增加对地打击任务后，新型“捕食者B”也改成了V形尾翼。因此可以说，“察打一体”无人机的外形是综合考虑的结果，虽然说它们的布局相似，但不存在抄袭的说法。“彩虹”为何在海外大获成功？目前“彩虹”系列已经成为全球装备国家最多的“察打一体”无人机。石文介绍说，通过总结该系列无人机在多个国家的实战经验，我们认为这类无人机主要用在反恐、打击极端主义势力等领域。由于极端武装缺乏足够的对空攻击火力，因此国际上备受期望的“察打一体”无人机，最重要的特性不在于隐身或高速，而是打击零散目标所需的飞得高(安全)、飞得慢(打得准、看得清楚)以及足够长的留空时间。尤其是无人机在攻击目标前，通常需要花费很长的时间进行监视、收集数据和识别，不能看到可疑目标就滥杀。“正是基于这样的认识，我们从总体思路上判断，国际上需要的不是那种用各种高科技高指标催生出的‘高成本无人机’，而是满足未来任务需求，同时又能用合理技术来控制成本的‘高性价比无人机’”。在这方面，美国就走入了歧途，往往盲目追求高新技术的堆砌，结果成本高得连美军都难以承受。石文透露，在研制“彩虹-4”无人机时，当时在技术上已能做到连续飞行40小时，但最终没有盲目追求续航能力，而是选择只飞十几小时，将剩余载荷用于携带更多弹药以增加作战效能。同样的道理，“捕食者B”无人机能飞到1.5万米高空，但问题是为什么要飞这么高？实战经验显示，对于缺乏像样防空能力的恐怖分子，9000米的高空就足够安全了，“察打一体”无人机目前最主要的作战高度是4000-7000米。要知道，飞得太高，无人机对地侦察就得携带复杂的大型吊舱，此外还需要额外设备来保障侦察系统在高空低温环境下的正常运行。而如果无人机只在中空活动，只需要中型侦察设备就可以了，还能节省很多重量和成本。“彩虹”无人机配套的AR-1导弹也是针对战场专门设计的，它可在5000米高度发射，不像其他无人机那样发射前需降低高度，既保障了无人机自身安全，导弹精度也很高。“彩虹”系列无人机的高性价比，还体现在人员操作和培训上。石文介绍说，与美国空军运用无人机的模式不同，我们加强了无人机在飞行方面的自主性。“彩虹”无人机的基本飞行动作不需要过多控制，在整个作战任务中，人员的主要责任是寻找和识别目标。石文说，“美国空军专门招募飞行员来控制无人机，在我看来是很浪费的方式。‘彩虹’无人机只需有普通航空知识的大学生就能飞”。据介绍，通过配套的模拟培训系统，学员只需要经过一两个月的训练就可以开始实际操纵“彩虹”无人机飞行，半年内即可完成培训。无人机未来的四大发展方向在谈及未来无人机的发展方向时，石文认为，首先是向长航时甚至超长航时发展。这次航展上首次亮相的“彩虹-5”无人机，就是朝这个方向迈出的一步。考虑到未来战争形态的转变，“察打一体”无人机的任务从最初的侦察、“斩首”已转变为战场支援，对载弹量和续航时间都提出更高要求。“彩虹-5”可挂载多达16枚对地导弹，能连续飞行40小时，改进型的续航能力甚至达120小时，意味着它的最大飞行距离将超过1万公里。这点在执行远程对地打击时尤其重要。“彩虹-5”能直扑3000公里外的目标，并在目标区停留足够时间(10-20小时)，而“捕食者”面对这类远程打击任务时受航程限制，几乎没有在目标区停留的时间，来不及识别目标，只能扔了炸弹就跑，没有实际的作战意义。石文介绍说，“彩虹-5”未来还可改装为小型低成本预警机，它能执行诸如联合对地监视、指挥控制、电子信息侦察与对抗、战场综合态势感知等任务。对于中小国家而言，这意味着能用低成本获得强大的综合态势感知能力，极大提高国家的战争潜力。无人机的第二个发展方向是隐身，现在技术相对成熟的是高空隐身，主要采用类似美国B-2隐身轰炸机那样的飞翼布局。石文认为，目前时髦的超高音速无人机概念，由于技术难度和成本都太高，即便技术成熟了也只能用在少数领域，不太可能大规模使用。第三个方向是中大型运输类无人机，可以携带30-50吨甚至上百吨货物。它采用模块化设计，机身中间的功能部位可以快捷地拆卸，这样既具备基础的运输能力，也可以方便地改装成加油机、预警机甚至类似“空中武库舰”的空中导弹发射平台。此外，高性能的垂直起降无人机如能实现连飞20个小时以上留空能力，在军用和民用领域也有非常大的潜力。把无人机群作为一个整体来控制，对未来无人机作战及应用方面有广阔的前景。与单机作战平台相比，无人机群在作战时具备功能分布化、体系生存率高、作战成本低等优势。在对抗过程中，当部分个体失去作战能力，整个集群仍可以继续执行作战任务。动态无中心自组网夜间起飞编队起飞集群飞行分布式广域监视“集群智能”作为一种颠覆性技术，一直被军事强国视作军用人工智能的核心，是未来无人化作战的突破口。智能无人系统专家赵杰表示：中国此次打破由美国海军保持的固定翼无人机集群编队飞行纪录，预示着我国在这一领域已经取得突破性进展，进入无人系统技术全球第一梯队。

无人驾驶地铁的发展 篇5

目前无人自动驾驶轨道交通大致可以分为四类:APM(Automated people mover，自动旅客捷运系统)、AutomatedMonorails(自动单轨铁路)、Automated Metros(自动城市地铁)以及ART(Advanced Rapid Transit，高级快速公交)、自动城市地铁系统就是常说的全自动无人驾驶地铁。

全自动无人驾驶列车系统是将列车驾驶员执行的工作完全自动化、高度集中控制的列车运行系统该系统包括车辆段列车自动唤醒、车站准备、进入正线服务、正线列车运行、折返站折返、退出正线服务、进段、洗车和休眠等作业、列车的启动、牵引、巡航、惰行和制动，以及车门和屏蔽门的开关;车站和车载广播等控制都是在无人的状态下自动运行。

它的自动列车运行系统可以精确地调整列车运行速度，控制加速和制动，进行列车调度管理。而自动列车防护系统可以控制列车速度和安全制动，还可以在车站打开车门等 等。当然自动化地铁系统的成功实施需要非常小心注意安全问题，严格的系统的工程是必不可少的，包括车辆，航管，轨道，供配电，通讯和安全系统，月台幕门，自动售检票等许多 子系统。

全自动化地铁较理想的应用场所是有较大的客流量，并且客流量均衡的短途客运。例如:大型机场中，从总候机大楼到登机的卫星候机楼;大楼展览馆中各场馆的联系;游乐场中各景点的来往;大学校区之间的短途交通等。2我国发展全自动无人驾驶地铁的必要性 2.1全自动无人驾驶地铁优势决定

地铁自动化系统拥有众多优势，在综合运用多项先进技术的基础上，可实现列车自动唤醒启动和休眠、自动出入停车场、自动清洗、自动行驶、自动停车、自动开关车门、故障自 动恢复等功能，并具有常规运行、降级运行、运行中断等多种运行模式，这些高度自动化功能，能有效增加运能，大大提高了系统效率，节省了人力，而且自动化可以使列车调度更加 灵便，不会与其他旧有路线混杂。例如可以根据高峰和非高峰时段自动调整发车频率和运行车辆数，在班次延误或客流高峰时可以多插入一组列车运行;在执行特殊任务时，列车则可以自动不停靠相关车站，并能保持速度不变。无人驾驶地铁乘坐起来更为稳当，不会有明显加速和减速的感觉，在起动和制动时乘客不会感到不适。另外，由于特殊的线路走向和站距，列车最高时速可达80公里，从技术方面保障了和提高了运营水平。

当然由于全自动无人驾驶地铁自动化程度较高，相应减少工作人员。人员的减少，管理费用，培养费用也相对于传统非自动模式的少，真正意义上起到了节省人力和财力。自动 化地铁的初期成木会高一些，而随着后期维护成木的减少，总体运营成木会逐渐降低。尤其随着劳动力成木的攀升，自动化地铁的优势会口渐显现。正是诸如此类的优势，全自动无人驾驶地铁逐步取代传统的非自动化驾驶模式，也是势在必行的结果。目前根据位于布鲁塞尔的国际公共交通联合会的预测，全球大约40%的地铁系统可能将在未来13年内选择自动化，因此在我国发展全自动无人驾驶地铁更具有必要和紧迫性.2.2技术发展的必然结果 全自动无人驾驶系统是科学技术发展的产物，无人驾驶系统作为引导城市轨道交通发展趋势的客运交通系统，具有突出的技术先进性、高度的安全性和可靠性、而全自动无人驾驶地铁涉及到车辆设计技术、信号和通信技术和集成监控系统技术，上建工程以及由此所产生先进运营管理技术。这些技术的完美结合，使得全自动无人驾驶地铁，成为交通技术上的一次质的飞跃，它将引导现代城市轨道交通的发展趋势。正是如此，世界上许多城市地铁正在将既有的传统非全自动模式系统改造成这种全自动模式。目前，同国外相比，我国在这方面还有一定的差距。因此，积极采用新的技术，加快发展我国全自动无人驾驶地铁也是我国提高交通技术水平的需要，是顺应轨道交通的发展趋势。

在我国发展全自动无人驾驶地铁，是紧跟国际先进技术水平的一种体现。通过发展全自动无人驾驶地铁，在学习和借鉴中，使得我国技术水平逐步与国际接轨，我国的技术人员技术水平也能得到不断的提高，从而提高我国城轨交通的整个网络建设技术水平跟上世界轨道交通建设发展步伐。3问题与对策

在国外，地铁无人驾驶系统是一项成熟的科技，我国目前无人驾驶地铁系统也己投入运营，但是中国地铁无人驾驶还很难与国际接轨。在设计、施工、车厢与机电设备以及系统 集成等方面均存在一定的差距，缺少丰富的经验。虽然说无人驾驶系统具有高度的安全性和可靠性，但这种可靠性都必须建立在严格完善的系统工程之上，我国还待进一步的完善。

就技术上讲，世界各国在这方面技术研究上己经积累了多年，具备了丰富的经验和知识，在工程设计，建设管理、运营管理和维护等方面形成了自身的完善体系，我国应无需置疑地引进国外先进技术，特别是关键技术的引进、消化和吸收，通过科技攻关研究最后逐步转变成适合我国发展的完善理论体系，在这套技术理论的指导下，建设我国的全自动无人驾驶地铁，全自动无人驾驶地铁体系工程木身就是复杂的、长期的，需要一个渐变式过程。在建设我国的全自动无人驾驶地铁过程中，不能一蹴而就。

就安全方面考虑，安全问题是保障全自动无人驾驶地铁系统长期成功运行的核心，如何进行有效的安全监测和评估是一个至关重要的问题、需要对轨道、信号、电力和牵引供电、广播和通信、控制中心、车站、车站站台门、车辆和土建工程等子系统的系统进行安全评估，并对每项检查、测试和安全验收的结果，都要求分别提供相关的报告，以作为评估的结果，来确保评估的完整性、真实性和可追溯性、丹麦、德国的无人驾驶地铁系统均经过数月甚至数年的安全评估才得以正式投入运营，哥木哈根无人驾驶地铁系统实验5年才交付使用、可见安全评估的重要性。

【参考文献】