無(wú)人機(jī)系統(tǒng)組成

2024年2月10日發(fā)(作者：我的暑假作文)

無(wú)人機(jī)系統(tǒng)組成

為讀者介紹各個(gè)系統(tǒng)的功能，要記住所有分系統(tǒng)都不是孤立的，而是構(gòu)成全系統(tǒng)的一部分。

控制站

控制站通常是地面的，或艦載的，也可能是機(jī)載的位于母機(jī)上，控制站是飛行操控中心，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，一般是無(wú)人機(jī)任務(wù)預(yù)規(guī)劃中心。如果是這樣，該站成為任務(wù)規(guī)劃與控制站。有時(shí)也有這種情況，任務(wù)規(guī)劃在指揮中心完成，然后將數(shù)據(jù)傳輸給控制站進(jìn)行執(zhí)行，這種應(yīng)用方式通常比較少。

通過(guò)控制站，控制人員利用上行通信鏈路給飛機(jī)發(fā)送指令，控制飛機(jī)飛行、操控所攜帶的各個(gè)任務(wù)載荷。同樣。通過(guò)下行通信鏈路，飛機(jī)回傳信息和圖像到達(dá)操控人員面前。信息包括載荷數(shù)據(jù)、機(jī)上各個(gè)分系統(tǒng)的狀態(tài)信息（監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)）、位置信息等，飛機(jī)的發(fā)射與回收可通過(guò)主控制站或基于衛(wèi)星的控制站（輔助的）完成。

控制站經(jīng)常集成有與外界聯(lián)系的通信系統(tǒng)，主要完成獲取天氣信息、各個(gè)系統(tǒng)間的網(wǎng)絡(luò)信息傳輸，接收上級(jí)下達(dá)的任務(wù)，給上級(jí)或其他部門(mén)回報(bào)信息等。

任務(wù)載荷

任務(wù)載荷的類(lèi)型和性能是由所完成的任務(wù)決定的，包括：

（1）簡(jiǎn)單的載荷子系統(tǒng)由固定焦距無(wú)穩(wěn)定平臺(tái)的攝像機(jī)構(gòu)成。

（2）視頻成像系統(tǒng)具有較強(qiáng)的功能，其焦距較長(zhǎng)，具有局部放大能力。可搖擺傾斜、帶有陀螺儀穩(wěn)定的轉(zhuǎn)臺(tái)。

（3）高功率雷達(dá)，包括供電單元。

一些功能更強(qiáng)的無(wú)人機(jī)在一個(gè)任務(wù)載荷單元中或多個(gè)任務(wù)載荷單元，可攜帶多個(gè)不同類(lèi)型的載荷，通過(guò)對(duì)于來(lái)自不同傳感器數(shù)據(jù)的處理和融合，提高信息獲取能力，或者得到單從一傳感器不能獲得的信息。

無(wú)人飛機(jī)

飛機(jī)的主要功能是承載任務(wù)載荷到達(dá)工作地點(diǎn)，同時(shí)也搭載飛機(jī)飛行所需的子系。這些子系統(tǒng)包括通信鏈路、增穩(wěn)與控制設(shè)備、發(fā)動(dòng)機(jī)以及燃油、發(fā)供電設(shè)備，飛機(jī)機(jī)體，還有用于發(fā)射、任務(wù)載荷、回收等裝置。

飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還需考慮的主要因素是作用距離、飛行速度、續(xù)航時(shí)間，這些性能是根據(jù)任務(wù)

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需求提出的。續(xù)航時(shí)間和飛行距離要求將決定燃油攜帶量。高性能低油耗的要求將對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)的效率，飛機(jī)動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)優(yōu)化等提出要求。

飛行速度要求從根本上決定了采用哪種飛機(jī)的類(lèi)型，包括輕于空氣的飛行器，重于空氣的固定翼、工作在高空的飛機(jī)，旋翼機(jī)，可變形機(jī)。軍事上的長(zhǎng)續(xù)航、遠(yuǎn)程監(jiān)視任務(wù)決定了要選大展炫比固定翼、工作在高空的飛機(jī)。他要求從較長(zhǎng)跑道起飛，以獲得起飛需要的速度，這速度是由低空氣阻力、高機(jī)翼載荷所要求。

無(wú)人作戰(zhàn)飛機(jī)要求工作在較高的速度上，他要求具有低展炫比，可以長(zhǎng)距離滑跑起飛，也可以空中發(fā)射。

無(wú)人機(jī)主要的民用領(lǐng)域應(yīng)用要求飛機(jī)在執(zhí)行任務(wù)期間，大部分飛機(jī)速度在70km/h或低于該速度、很多應(yīng)用要求飛機(jī)具有懸停能力（如電力線巡查），懸停能力可以更好的完成任務(wù)（如警察、消防人員對(duì)突發(fā)事件的控制）。

一些軍事應(yīng)用要求飛機(jī)懸停或很慢的速度飛行，如海軍假目標(biāo)，陸軍的核生化監(jiān)測(cè)、激光目標(biāo)指示，空軍基地安全防護(hù)。未爆炸的檢測(cè)與排除等。無(wú)論是軍事還是民用，只要是船上或限定區(qū)域工作，都需要飛機(jī)垂直起降。

導(dǎo)航系統(tǒng)

對(duì)于操控人員，需要實(shí)時(shí)地知道任何時(shí)刻飛機(jī)的位置、對(duì)于飛機(jī)來(lái)說(shuō)，當(dāng)自主飛行時(shí)，也需要飛機(jī)在飛行過(guò)程中在任何時(shí)刻知道自己的位置。這是任務(wù)預(yù)規(guī)劃時(shí)的內(nèi)容，也是系統(tǒng)性能惡化后，飛機(jī)緊急返回的基礎(chǔ)。對(duì)于全自主飛行模式，即無(wú)需進(jìn)行控制站與飛機(jī)之間的任何通信，飛機(jī)上必須搭載足夠數(shù)量的導(dǎo)航設(shè)備。

過(guò)去，飛機(jī)需要攜帶高性能、復(fù)雜、笨重昂貴的慣性導(dǎo)航（簡(jiǎn)稱(chēng)慣導(dǎo)）系統(tǒng)，或者是低成本一般性能的慣導(dǎo)系統(tǒng)，但是都需要通過(guò)傳輸鏈路。由地面站對(duì)導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行頻繁更新。這些更新數(shù)據(jù)來(lái)源于無(wú)線電跟蹤或者是地理特殊是識(shí)別定位。

現(xiàn)在，可以利用全球定位系統(tǒng)，它是利用衛(wèi)星進(jìn)行定位，大大減輕了導(dǎo)航定位的復(fù)雜性。GPS接受機(jī)重量輕、體積小、價(jià)格低，可以連續(xù)更新定位信息，因此目前只有非常簡(jiǎn)單的慣導(dǎo)系統(tǒng)還需求。

對(duì)于非自主飛行模式，或者GPS被阻斷的情況，飛機(jī)與地面控制站之間的連續(xù)通信就很重要，其它后備導(dǎo)航手段包括：

（1）雷達(dá)跟蹤。飛機(jī)上安裝有異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)，可以響應(yīng)控制站的掃描雷達(dá)發(fā)射的信息，這樣飛機(jī)的方位和距離就可以顯示在控制站雷達(dá)顯示器上。

（2）無(wú)線電跟蹤。帶有數(shù)據(jù)的無(wú)線電信號(hào)從飛機(jī)上發(fā)送給地面控制站，地面控制站在方位上跟蹤這個(gè)信號(hào)，就可確定方位。同時(shí)，距離是根據(jù)編碼信號(hào)從飛機(jī)到控制站之間傳輸所需時(shí)間來(lái)確定。

（3）直接估計(jì)。計(jì)算機(jī)獲取速度矢量和飛行時(shí)間，就可以計(jì)算出飛機(jī)的位置。如果飛機(jī)攜帶電視攝像機(jī)搜索地面，可根據(jù)圖像中地理特征信息和地面上的已知位置，確定飛機(jī)位置。

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為了減輕操控強(qiáng)度，即使不能自主飛行，自動(dòng)化程度也應(yīng)盡可能地提高。

發(fā)射、回收和吊裝設(shè)備

（1）發(fā)射設(shè)備。對(duì)于不能垂直起飛，也沒(méi)有合適跑道可供使用的無(wú)人機(jī)來(lái)說(shuō)，該設(shè)備是必需的。通常是將無(wú)人機(jī)鎖定在傾斜滑道上，通過(guò)推力使無(wú)人機(jī)在滑道上加速，直到無(wú)人機(jī)獲得飛行所需達(dá)到的速度。

（2）回收設(shè)備。不具備垂直飛行能力的無(wú)人機(jī)通常需要回收設(shè)備，除非利用輪式或滑撬進(jìn)行滑降著陸。該設(shè)備通常采用回收傘形式，該傘安置在無(wú)人機(jī)上，在指定高度打開(kāi)。為了回收安全需要有效的著陸手段。

（3）吊裝設(shè)備。除非是輕便的輕型飛機(jī)，一般無(wú)人機(jī)都需要一種手段將飛機(jī)運(yùn)送到發(fā)射車(chē)上。

通信鏈路

通信系統(tǒng)主要的、也是最重要的需求是提供控制站與飛機(jī)之間數(shù)據(jù)鏈路（上行和下行）。傳輸媒介通常是無(wú)線電波，但也是激光束，或光纖傳輸?shù)墓獠ā?shù)據(jù)鏈路的主要功能是：

（1）上行（從控制站到無(wú)人機(jī)）

發(fā)送飛行路徑數(shù)據(jù)，然后儲(chǔ)存到飛機(jī)自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)中

當(dāng)人在飛行控制環(huán)路中時(shí)，實(shí)時(shí)發(fā)送飛行控制命令到自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)

發(fā)送控制命令到機(jī)載任務(wù)載荷和附屬設(shè)備

發(fā)送相關(guān)的位置更新信息到飛機(jī)慣導(dǎo)/自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)

（2）下行（從無(wú)人機(jī)到控制站）

發(fā)送有關(guān)飛機(jī)的位置信息到控制站

發(fā)送任務(wù)載荷圖像和數(shù)據(jù)到控制站

發(fā)送飛機(jī)狀態(tài)信息，如油量、發(fā)動(dòng)機(jī)溫度等到控制站。

無(wú)線通信系統(tǒng)的功耗、處理復(fù)雜性、天線設(shè)計(jì)及其復(fù)雜性、重量、成本等將由以下因素決定：

（1）無(wú)人機(jī)測(cè)控作用距離。

（2）下傳任務(wù)載荷和狀態(tài)數(shù)據(jù)的綜合需求。

（3）傳輸安全要求。

接口

盡管無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的部分單元或分系統(tǒng)在其它應(yīng)用中獨(dú)立工作，但這些單元或子系統(tǒng)需要有機(jī)協(xié)調(diào)，才能使全系統(tǒng)獲得較好的性能。在一個(gè)系統(tǒng)之內(nèi)，分系統(tǒng)之間必須集成工作，各個(gè)分系統(tǒng)之間必須集成工作，各個(gè)分系統(tǒng)之間的接口功能需要給予較大關(guān)注。

例如，無(wú)線通信子系統(tǒng)在控制站和無(wú)人機(jī)之間構(gòu)建了接口連接，但是其設(shè)備分別安裝在控制

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站和無(wú)人機(jī)上，這些設(shè)備就需要采取相同的通信協(xié)議，并與其對(duì)應(yīng)的上一級(jí)子系統(tǒng)兼容。

無(wú)人機(jī)可能被不同國(guó)家人員使用，要求其能夠工作在不同的無(wú)線電頻率上，使用不同保密的編碼。對(duì)于同一鐘無(wú)人機(jī)控制站和飛機(jī)，根據(jù)需要，可設(shè)計(jì)成本不同的前后端模塊與之聯(lián)接，以方便各類(lèi)操控人員使用。這就需要定義一種通用接口。

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