無人機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)第5章無人機(jī)其他系統(tǒng)5.1無人機(jī)電氣系統(tǒng)5.2無人機(jī)通信鏈路系統(tǒng)5.3無人機(jī)發(fā)射與回收系統(tǒng)5.4無人機(jī)地面站與任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)5.5無人機(jī)其他系統(tǒng)5.1無人機(jī)電氣系統(tǒng)一、無人機(jī)電氣系統(tǒng)組成無人機(jī)電氣系統(tǒng)一般由電源系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、用電設(shè)備三大部分組成，其中電源系統(tǒng)和配電系統(tǒng)兩者統(tǒng)稱為供電系統(tǒng)。根據(jù)電氣系統(tǒng)的位置，無人機(jī)電氣系統(tǒng)又可以分為機(jī)載電氣系統(tǒng)和地面供電系統(tǒng)兩部分。機(jī)載電氣系統(tǒng)主要由主電源、應(yīng)急電源、電氣設(shè)備的控制與保護(hù)裝置及輔助設(shè)備組成。二、供電系統(tǒng)

1.電源系統(tǒng)

電源系統(tǒng)可以產(chǎn)生和調(diào)節(jié)電能。電源系統(tǒng)主要由電源、控制及保護(hù)裝置和供電網(wǎng)絡(luò)等組成。（1）電源無人機(jī)電源由主電源、應(yīng)急電源和二次電源組成。

二、供電系統(tǒng)

1.電源系統(tǒng)（2）控制及保護(hù)裝置

電源的控制包括對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行調(diào)壓、發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁控制、發(fā)電機(jī)輸出控制、發(fā)電機(jī)并聯(lián)控制和匯流條控制等。電源系統(tǒng)的保護(hù)裝置是當(dāng)發(fā)電系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，切斷發(fā)電機(jī)勵(lì)磁和輸出。二、供電系統(tǒng)

1.電源系統(tǒng)（3）供電網(wǎng)絡(luò)

供電網(wǎng)絡(luò)是指將電能輸送到負(fù)載的電網(wǎng)，它包括匯流條、電源分配系統(tǒng)、過流(短路)保護(hù)器(跳開關(guān))等。圖5-4直流供電網(wǎng)絡(luò)

二、供電系統(tǒng)

1.電源系統(tǒng)（3）供電網(wǎng)絡(luò)圖5-5交直流供電網(wǎng)絡(luò)

二、供電系統(tǒng)

2.配電系統(tǒng)

配電系統(tǒng)是飛機(jī)發(fā)電機(jī)與地面或應(yīng)急電源的電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換、傳輸、分配與控制保護(hù)的系統(tǒng)。配電系統(tǒng)應(yīng)將電能可靠而有效地輸送到各用電系統(tǒng)和設(shè)備。它由饋電電纜、匯流條、配電板，以及配電器件等組成。配電系統(tǒng)保證對(duì)飛機(jī)各部分可靠地輸配電能，管理各類電氣負(fù)載，并保護(hù)用電設(shè)備。

飛機(jī)上有兩種典型的配電方式，一種是中央集中配電方式，另一種是分散管理配電方式。

二、供電系統(tǒng)

2.配電系統(tǒng)（1）中央集中配電方式在這種配電方式中，飛機(jī)只有一個(gè)電源中心，每個(gè)負(fù)載都有專用的供電導(dǎo)線和控制導(dǎo)線，用跳開關(guān)作為保護(hù)器件，用繼電器或接觸器控制負(fù)載的工作。

二、供電系統(tǒng)

2.配電系統(tǒng)（1）中央集中配電方式圖5-6中央集中配電方式二、供電系統(tǒng)

2.配電系統(tǒng)（2）分散管理配電方式

這種配電方式是除一個(gè)電源中心外，還有若干個(gè)分中心，每個(gè)電源分中心由電源二次分配組件進(jìn)行控制，負(fù)載的通斷用固態(tài)電源控制器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，一般采用遠(yuǎn)程控制跳開關(guān)作為保護(hù)器件。二、供電系統(tǒng)

2.配電系統(tǒng)（2）分散管理配電方式圖5-7分散管理配電方式二、用電設(shè)備

飛機(jī)用電設(shè)備包括飛行操縱、發(fā)動(dòng)機(jī)控制、航空電子、電動(dòng)機(jī)械、武器操縱、防冰加溫等系統(tǒng)中用電的設(shè)備。5.2無人機(jī)通信鏈路系統(tǒng)一、我國(guó)對(duì)民用無人機(jī)射頻指標(biāo)的規(guī)定根據(jù)《中華人民共和國(guó)無線電頻率劃分規(guī)定》及我國(guó)頻譜使用情況，規(guī)劃840.5-845MHz、1430-1444MHz和2408-2440MHz頻段用于無人駕駛航空器系統(tǒng)。其中規(guī)定:1.840.5-845MHz可用于無人駕駛航空器系統(tǒng)的上行遙控鏈路。其中，841-845MHz也可采用時(shí)分方式用于無人駕駛航空器系統(tǒng)的上行遙控和下行遙測(cè)鏈路。一、我國(guó)對(duì)民用無人機(jī)射頻指標(biāo)的規(guī)定2.1430-1444MHz頻段可用于無人駕駛航空器系統(tǒng)下行遙測(cè)與信息傳輸鏈路，其中，1430-1438MHz頻段用于警用無人駕駛航空器和直升機(jī)視頻傳輸，其他無人駕駛航空器使用1438-1444MHz頻段。3.2408-2440MHz頻段可作為無人駕駛航空器系統(tǒng)上行遙控、下行遙測(cè)與信息傳輸鏈路的備份頻段。相關(guān)無線電臺(tái)站在該頻段工作時(shí)不得對(duì)其他合法無線電業(yè)務(wù)造成影響，也不能尋求無線電干擾保護(hù)。一、我國(guó)對(duì)民用無人機(jī)射頻指標(biāo)的規(guī)定4.上述頻段的信道配置，所用無線電設(shè)備發(fā)射功率、

無用發(fā)射限值和接收機(jī)的鄰道選擇性應(yīng)符合相關(guān)

要求。5.頻率使用、無線電臺(tái)站設(shè)置和所用無線電發(fā)射設(shè)

備應(yīng)符合國(guó)家無線電管理及無人駕駛航空器系統(tǒng)管

理有關(guān)規(guī)定。二、鏈路系統(tǒng)簡(jiǎn)介

無人機(jī)通信鏈路，主要指用于無人機(jī)系統(tǒng)傳輸控制、無載荷通信、載荷通信三部分信息的無線電鏈路。

控制站與無人機(jī)之間進(jìn)行的實(shí)時(shí)信息交換便需要通過通信鏈路來時(shí)來實(shí)現(xiàn)。地面控制站需要將指揮、控制以及任務(wù)指令及時(shí)地傳輸?shù)綗o人機(jī)上，同樣，無人機(jī)需要將自身狀態(tài)（速度、高度、位置、設(shè)備狀態(tài)等）以及相關(guān)任務(wù)數(shù)據(jù)發(fā)回地面控制站。三、數(shù)據(jù)鏈路

無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈路按照傳輸方向可以分為:上行鏈路和下行鏈路。上行鏈路主要完成地面站到無人機(jī)遙控指令的發(fā)送和接受，下行鏈路主要完成無人機(jī)到地面站的遙測(cè)數(shù)據(jù)以及紅外或電視圖像的發(fā)送和接收，并根據(jù)定位信息的傳輸利用上下行鏈路進(jìn)行測(cè)距。當(dāng)無人機(jī)超出無線電視距范圍時(shí)，需要采用中繼方式實(shí)現(xiàn)地面指揮與無人機(jī)群間的通信。無人機(jī)中繼通信一般由地面站、中繼無人機(jī)和任務(wù)無人機(jī)組成。衛(wèi)星中繼通信一般由機(jī)載用戶終端和衛(wèi)星中繼站組成。四、通信模塊

1.數(shù)傳模塊無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈路主要完成地面控制站對(duì)無人機(jī)的遙控、遙測(cè)、任務(wù)傳感器等信息的傳輸，實(shí)現(xiàn)地面控制站與無人機(jī)之間的數(shù)據(jù)收發(fā)和跟蹤定位。遙測(cè)鏈路有數(shù)傳模塊和地面站兩部分組成。數(shù)傳模塊包含機(jī)載收發(fā)模塊和地面站收發(fā)模塊。四、通信模塊

1.數(shù)傳模塊圖5-8數(shù)傳模塊發(fā)射與接收

四、通信模塊

2.圖傳模塊圖傳的作用是將無人機(jī)在空中拍攝的畫面實(shí)時(shí)傳輸?shù)降孛婊虿倏厥值娘@示設(shè)備上，使操控手能夠身臨其境地獲得無人機(jī)遠(yuǎn)距離飛行時(shí)相機(jī)所拍攝的畫面?，F(xiàn)有的圖傳主要有模擬和數(shù)字兩種.而其組成部分主要有發(fā)射端、接收端和顯示端三部分。

四、通信模塊

2.圖傳模塊圖5-10圖傳模塊5.3無人機(jī)發(fā)射與回收系統(tǒng)一、無人機(jī)的發(fā)射方式

1.手拋發(fā)射這種方式很實(shí)用，但僅適用于重量相對(duì)較輕的飛行器，這類飛行器載重量低，動(dòng)力適當(dāng)。輕型無人機(jī)可以手持發(fā)射,功率強(qiáng)大的無人機(jī),起飛時(shí)不需要借助外力彈射,只需松手即可。2.起落架滑跑發(fā)射普通的輪式發(fā)射同樣簡(jiǎn)便，但需要一塊平整好的場(chǎng)地并要小心翼翼地控制飛行的航向。這種方式一般需要人工操縱。

一、無人機(jī)的發(fā)射方式

3.母機(jī)空中發(fā)射許多無人機(jī)，尤其是靶機(jī)是裝載在固定翼飛機(jī)上從空中發(fā)射的，這些無人機(jī)通常都具有較高的失速，由渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。4.火箭助推發(fā)射有些無人機(jī)通常也在地面上利用火箭助推發(fā)射。在應(yīng)用火箭助推發(fā)射前，必須仔細(xì)地對(duì)推力線進(jìn)行校準(zhǔn)，以確定飛行器沒有施加任何力矩，從而避免控制問題的出現(xiàn)。

一、無人機(jī)的發(fā)射方式

5.車載發(fā)射就是將飛機(jī)及其配件裝載在發(fā)射車頂上，鼓足勁兒駕車飛馳。6.軌道發(fā)射有些無人機(jī)通過導(dǎo)軌或軌道加速到發(fā)射速度的裝置稱為軌道發(fā)射器。二、無人機(jī)的回收方式

目前無人機(jī)的回收方式主要有傘降回收、撞網(wǎng)回收、起落架滑輪著陸、空中勾取回收等。1.起落架/滑跑著陸

圖5-15起落架著陸回收

二、無人機(jī)的回收方式

2.傘降回收

傘降回收是國(guó)內(nèi)外中小型無人機(jī)經(jīng)常采用的方式之一。圖5-16傘降回收二、無人機(jī)的回收方式3.撞網(wǎng)回收

撞網(wǎng)回收指的是無人機(jī)在地面無線設(shè)備和自動(dòng)引導(dǎo)設(shè)備的引導(dǎo)下，逐漸降低高度，減小速度，然后正對(duì)著攔截網(wǎng)飛去，從而達(dá)到回收的目的。4.繩鉤回收

繩鉤回收指的是利用繩索抓捕無人機(jī)翼尖小鉤來實(shí)現(xiàn)回收的一種方式，主要由回收繩、吸能緩沖裝置、導(dǎo)引裝置等組成。二、無人機(jī)的回收方式5.氣囊方式回收

氣囊不僅可以配合降落傘使用，也可以單獨(dú)作為一種著陸方式使用。這種方式不需要起落架和降落傘，無人機(jī)在著陸前打開氣囊，然后直接觸地即可借此實(shí)現(xiàn)緩沖目的。但需要注意的是，依靠氣囊直接著陸，緩沖能力有限，只適用于微小型無人機(jī)。5.4地面站與任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)一、地面站1.地面站系統(tǒng)典型配置地面站作為整個(gè)無人機(jī)系統(tǒng)的作戰(zhàn)指揮中心，其控制內(nèi)容包括:飛行器的飛行過程、飛行航跡、有效載荷的任務(wù)功能、通訊鏈路的正常工作以及飛行器的發(fā)射和回收。圖5-19無人機(jī)地面站一、地面站2.地面站的典型功能（1）飛行器的姿態(tài)控制。（2）有效載荷數(shù)據(jù)的顯示和有效載荷的控制有效載荷是無人機(jī)任務(wù)的執(zhí)行單元。（3）任務(wù)規(guī)劃、飛行器位置監(jiān)控及航線的地圖顯示任務(wù)規(guī)劃主要包括處理戰(zhàn)術(shù)信息、研究任務(wù)區(qū)域地圖、標(biāo)定飛行路線及向操作員提供規(guī)劃數(shù)據(jù)等。（4）導(dǎo)航和目標(biāo)定位（5）與其他子系統(tǒng)的通信鏈路。二、任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)

1.概念與目標(biāo)無人機(jī)任務(wù)規(guī)劃是指根據(jù)無人機(jī)需要完成的任務(wù)、無人機(jī)的數(shù)量以及攜帶任務(wù)載荷的類型,對(duì)無人機(jī)制定飛行路線并進(jìn)行任務(wù)分配。任務(wù)規(guī)劃的目標(biāo)是依據(jù)地形信息和執(zhí)行任務(wù)的環(huán)境條件信息,綜合考慮無人機(jī)的性能、到達(dá)時(shí)間、耗能、威脅以及飛行區(qū)域等約束條件，為無人機(jī)規(guī)劃出一條或多條自出發(fā)點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的最優(yōu)或次優(yōu)航跡,保證無人機(jī)高效、圓滿地完成飛行任務(wù),并安全返回基地。

二、任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)

2.任務(wù)規(guī)劃主要功能(1)任務(wù)分配功能(2)航跡規(guī)劃功能(3)仿真演示功能

二、任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)

3.常用的任務(wù)規(guī)劃方法任務(wù)規(guī)劃由任務(wù)理解、環(huán)境評(píng)估、任務(wù)分配、航跡規(guī)劃、航跡優(yōu)化和航跡評(píng)價(jià)等組成。4.航跡規(guī)劃無人機(jī)航跡規(guī)劃是任務(wù)規(guī)劃的核心內(nèi)容,需要綜合應(yīng)用導(dǎo)航技術(shù),地理信息技術(shù)以及遠(yuǎn)程感知技術(shù)，以獲得全面詳細(xì)的無人機(jī)飛行現(xiàn)狀以及環(huán)境信息，結(jié)合無人機(jī)自身技術(shù)指標(biāo)特點(diǎn)，按照一定的航跡規(guī)劃方法,制定最優(yōu)或次優(yōu)路徑。5.5無人機(jī)任務(wù)載荷一、概述任務(wù)載荷是指那些裝備到無人機(jī)上為某種完成任務(wù)的設(shè)備的總稱，包括執(zhí)行電子戰(zhàn)、偵察和武器運(yùn)輸?shù)热蝿?wù)所需的設(shè)備。無人機(jī)支持多種任務(wù)載荷，按照載荷種類的不同，無人機(jī)任務(wù)載荷可分為光學(xué)類任務(wù)載荷和功能類任務(wù)載荷，根據(jù)不同場(chǎng)景的應(yīng)用需求，無人機(jī)可選擇合適的任務(wù)載荷。二、光學(xué)類任務(wù)載荷

光學(xué)類掛載有傾斜攝影模塊、熱成像模塊、實(shí)時(shí)視頻傳輸模塊、合成孔徑雷達(dá)模塊、偵察取證模塊等。1.傾斜攝影模塊圖5-21傾斜攝影模塊

二、光學(xué)類任務(wù)載荷

2.熱成像模塊（1）熱成像儀將紅外熱成像技術(shù)應(yīng)用于空中探測(cè)，即利用紅外熱像光譜探測(cè)器對(duì)具有熱泄露的地面物體進(jìn)行探測(cè)，并將溫度高于其周圍背景的地物通過熱白圖像實(shí)時(shí)記錄并傳輸至地面監(jiān)測(cè)設(shè)備，或存儲(chǔ)在機(jī)載電子盤上。（2）光電吊艙光電吊艙能提供可見光和熱像儀的視頻圖像，可用于森林火災(zāi)隱患巡查、災(zāi)情監(jiān)測(cè)、森林生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)監(jiān)測(cè)。二、光學(xué)類任務(wù)載荷3.實(shí)時(shí)視頻傳輸模塊（圖傳）4.合成孔徑雷達(dá)模塊5.偵察取證模塊圖5-26偵察取證模塊三、

功能類任務(wù)載荷

功能類掛載有空中喊話模塊、空中投擲器模塊、物流箱模塊、空中救生模塊、空中捕捉網(wǎng)模塊、空中探照燈模塊、氣體探測(cè)模塊、降落傘模塊、系留模塊、掛鉤投放模塊、水上救援模塊、測(cè)溫模塊、高溫回避模塊、中繼通信模塊、智能避障模塊三、

功能類任務(wù)載荷1.空中喊話模塊空中喊話器即以飛行器為搭載平臺(tái)可以無線空中擴(kuò)音的裝置。圖5-27空中喊話模塊三、

功能類任務(wù)載荷2.空中拋投模塊該模塊可以攜帶各種載荷，能夠快速反應(yīng)第一時(shí)間直接到達(dá)投放區(qū)域上空，利用遠(yuǎn)程可視瞄準(zhǔn)系統(tǒng)精準(zhǔn)投放滅火彈、救援物資等物品。圖5-28空中拋投模塊三、

功能類任務(wù)載荷3.物流箱模塊該模塊采用碳纖維材質(zhì)，內(nèi)部空間大，可容納物品。4.空中救生模塊該模塊針對(duì)水面救援的需求，可以遠(yuǎn)程投放救生圈，利用機(jī)載圖像傳輸瞄準(zhǔn)系統(tǒng)將救生圈精準(zhǔn)投射至落水救援目標(biāo)。5-31空中救生模塊三、

功能類任務(wù)載荷5.空中捕捉網(wǎng)模塊該模塊能夠利用無人機(jī)從空中發(fā)射捕捉網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)犯罪嫌疑人或肇事無人機(jī)空中撒網(wǎng)抓捕。6.空中探照燈模塊利用無人機(jī)的機(jī)動(dòng)性，對(duì)案發(fā)或火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行照射，方便執(zhí)法部門在黑暗處執(zhí)行任務(wù)，也可以用于夜間滅火救援，水域救援、山岳救援、現(xiàn)場(chǎng)指揮等方面，為救援人員提供清晰的夜間視野。三、

功能類任務(wù)載荷7.氣體探測(cè)模塊氣體探測(cè)模塊搭載氣體傳感器，可識(shí)別和自動(dòng)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)CO、CH4、SO2、H2S、NO2、PM2.5等可燃或有毒氣體的濃度。8.降落傘模塊該模塊擁有獨(dú)立于飛控和動(dòng)力的電路系統(tǒng)，無人機(jī)斷電即可開傘，并采用多重保護(hù)，使無人機(jī)安全著陸。三、

功能類任務(wù)載荷9.系留模塊該模塊由系留機(jī)載電源、智能電纜收放裝置、地面大功率電能變送模組等構(gòu)成。該系留模塊解決了電池容量對(duì)旋翼無人機(jī)續(xù)航時(shí)間的限制，實(shí)現(xiàn)旋翼無人機(jī)的長(zhǎng)時(shí)間滯空。圖5-36系留模塊三、

功能類任務(wù)載荷10.測(cè)溫模塊該模塊能實(shí)時(shí)測(cè)量溫度并轉(zhuǎn)換成可用輸出的信號(hào)，廣泛應(yīng)用于消防、公安武警、應(yīng)急救援、森林防火等行業(yè)。11.高溫回避模塊該模塊能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)溫度，遇到大火、高溫等緊急情況時(shí)，能夠自動(dòng)控制無人機(jī)遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)。12.中繼通信模塊該模塊可提供通信中繼功能，適合于通信傳輸盲區(qū)的音視頻數(shù)據(jù)傳輸接力。三、

功能類任務(wù)載荷13.空中通用發(fā)射模塊該模塊利用遠(yuǎn)程可視瞄準(zhǔn)系統(tǒng)，可精準(zhǔn)