1.1無人機(jī)基本知識(shí)1.1無人機(jī)基本知識(shí)1.1無人機(jī)基本知識(shí)

無人機(jī)其全稱是無人駕駛飛機(jī)，從廣義上講有翼導(dǎo)彈也可以算一種無人駕駛的飛機(jī)，但本書所提及的主要是指沒有駕駛員的飛機(jī)。無人駕駛航空器（UA：UnmannedAircraft），是一架由遙控站管理（包括遠(yuǎn)程操縱或自主飛行）的航空器，也稱遙控駕駛航空器（RPA：RemotelyPilotedAircraft）1.相關(guān)概念

1.1無人機(jī)基本知識(shí)

無人機(jī)系統(tǒng)（UAS：UnmannedAircraftSystem），也稱無人駕駛航空器系統(tǒng)（RPAS：RemotelyPilotedAircraftSystems），是指一架無人機(jī)、相關(guān)的遙控站、所需的指令與控制數(shù)據(jù)鏈路以及批準(zhǔn)的型號(hào)設(shè)計(jì)規(guī)定的任何其他部件組成的系統(tǒng)。一種典型的無人機(jī)系統(tǒng)如圖1-1所示。1.相關(guān)概念

1.1無人機(jī)基本知識(shí)1.1無人機(jī)基本知識(shí)

無人機(jī)系統(tǒng)駕駛員，由運(yùn)營人指派對(duì)無人機(jī)的運(yùn)行負(fù)有必不可少職責(zé)并在飛行期間適時(shí)操縱飛行控制的人?？刂普疽卜Q遙控站、地面站,是無人機(jī)系統(tǒng)的組成部分,包括用于操縱無人機(jī)的設(shè)備。1.相關(guān)概念

1.1無人機(jī)基本知識(shí)

指令與控制數(shù)據(jù)鏈路(CommandandControlDataLink,C2)是指無人機(jī)和控制站之間以飛行管理為目的的數(shù)據(jù)鏈接。無人機(jī)系統(tǒng)的機(jī)長，是指在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間內(nèi)負(fù)責(zé)整個(gè)無人機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行和安全的駕駛員。1.相關(guān)概念

1.1無人機(jī)基本知識(shí)（1）小巧靈活任務(wù)載重最高可達(dá)幾百公斤，最小的只幾十公斤；飛行高度最高可達(dá)30000米，最低可達(dá)30米；飛行速度最高4馬赫；最長巡航時(shí)間可達(dá)20小時(shí)。2.無人機(jī)的特點(diǎn)

1.1無人機(jī)基本知識(shí)（2）成本低廉沒有駕駛員，省去了有人駕駛飛機(jī)上的許多昂貴系統(tǒng)以及整個(gè)駕駛艙。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所需的安全系數(shù)比有人駕駛飛機(jī)小得多，為此可采用廉價(jià)、輕巧的結(jié)構(gòu)材料和積木式組裝。不需要太昂貴的長壽命的發(fā)動(dòng)機(jī)。無人機(jī)的操縱人員培訓(xùn)費(fèi)用和使用費(fèi)用比有人駕駛飛機(jī)低得多。2.無人機(jī)的特點(diǎn)

1.1無人機(jī)基本知識(shí)（1）易于“隱形”無人機(jī)反射雷達(dá)電波的能力大大減弱，而不易被敵方雷達(dá)發(fā)現(xiàn)。無人機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)推力小，熱輻射特性弱，不易被敵方的紅外制導(dǎo)武器跟蹤；發(fā)動(dòng)機(jī)加裝消音器，噪聲也很小。2.無人機(jī)的特點(diǎn)

1.1無人機(jī)基本知識(shí)（4）局限性(a)無人機(jī)上沒有駕駛員和機(jī)組人員，對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的依賴性更高。(b)無人機(jī)放寬了冗余性和可靠性指標(biāo)，降低了飛行安全。當(dāng)發(fā)生機(jī)械故障或電子故障時(shí)，無人機(jī)及機(jī)載設(shè)備可能會(huì)產(chǎn)生致命損傷。2.無人機(jī)的特點(diǎn)

1.1無人機(jī)基本知識(shí)（4）局限性(c)無人機(jī)的續(xù)航時(shí)間相對(duì)較短，尤其是電動(dòng)無人機(jī)。(d)無人機(jī)遙控器、地面站、圖傳、數(shù)傳電臺(tái)等設(shè)備的通信頻率和地面障礙物等，限制了無人機(jī)系統(tǒng)的通信傳輸距離，限制了無人機(jī)的飛行范圍。2.無人機(jī)的特點(diǎn)

1.1無人機(jī)基本知識(shí)（4）局限性(e)無人機(jī)的體積、重量和動(dòng)力等，決定了無人機(jī)的抗風(fēng)、抗雨能力有限。2.無人機(jī)的特點(diǎn)

1.2無人機(jī)分類1.2

無人機(jī)分類1.2

無人機(jī)分類（1）軍用無人機(jī)軍用無人機(jī)根據(jù)實(shí)際用途不同，又分為偵察無人機(jī)、誘餌無人機(jī)、電子對(duì)抗無人機(jī)、通信中繼無人機(jī)、無人戰(zhàn)斗機(jī)以及靶機(jī)等。1.按照用途分類

1.2

無人機(jī)分類（2）民用無人機(jī)民用無人機(jī)可分為電力巡檢無人機(jī)、航拍航測(cè)無人機(jī)、植保無人機(jī)、勘探無人機(jī)以及測(cè)繪無人機(jī)等。其中無人機(jī)再航拍航測(cè)、電力巡檢和植保方面技術(shù)比較成熟，應(yīng)用頻次比較高、市場(chǎng)規(guī)模較大。在運(yùn)輸方面技術(shù)成熟度較低，但市場(chǎng)規(guī)模很大，有待開發(fā)。1.按照用途分類

1.2

無人機(jī)分類（3）科研無人機(jī)科研無人機(jī)主要為研究、實(shí)驗(yàn)、科學(xué)目的或類似用途而使用。無人機(jī)提供了一個(gè)收集數(shù)據(jù)的有效方式，尤其在極地研究、火山研究和野生生物學(xué)等領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展。1.按照用途分類

1.2

無人機(jī)分類（1）旋翼無人機(jī)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。這樣的定義方式使我們準(zhǔn)確了解多旋翼飛行器的旋翼結(jié)構(gòu)、升力來源、姿態(tài)控制方式。2.按照飛機(jī)平臺(tái)構(gòu)型分類

1.2無人機(jī)分類（1）旋翼無人機(jī)多旋翼機(jī)械結(jié)構(gòu)非常簡單，動(dòng)力系統(tǒng)只需要電機(jī)直接連槳就行。優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械簡單，能垂直起降，缺點(diǎn)是續(xù)航時(shí)間最短，載荷小。多旋翼無人機(jī)是指具有3個(gè)及以上旋翼軸提供升力和推進(jìn)力的可垂直起降的無人機(jī)。一種典型的多旋翼無人機(jī)如圖1-4所示。2.按照飛機(jī)平臺(tái)構(gòu)型分類

1.2

無人機(jī)分類（1）旋翼無人機(jī)

2.按照飛機(jī)平臺(tái)構(gòu)型分類

1.2

無人機(jī)分類（2）固定翼無人機(jī)固定翼，顧名思義，就是機(jī)翼固定不變，靠流過機(jī)翼的風(fēng)提供升力。固定翼無人機(jī)是指由動(dòng)力裝置產(chǎn)生前進(jìn)的推力或拉力,由機(jī)身固定的機(jī)翼產(chǎn)生升力，在大氣層內(nèi)飛行的重于空氣的無人機(jī)。一種典型的固定翼無人機(jī)如圖1-2所示。2.按照飛機(jī)平臺(tái)構(gòu)型分類

1.2

無人機(jī)分類（2）固定翼無人機(jī)

特點(diǎn):載荷大、續(xù)航時(shí)間長、航程遠(yuǎn)、飛行速度快、飛行高度高,但起降受場(chǎng)地限制、無法懸停。2.按照飛機(jī)平臺(tái)構(gòu)型分類

1.2

無人機(jī)分類（3）無人直升機(jī)無人直升機(jī)是指依靠動(dòng)力系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)旋翼產(chǎn)生升力和推進(jìn)力,實(shí)現(xiàn)垂直起落及懸停、前飛、后飛、定點(diǎn)回轉(zhuǎn)等可控飛行的無人機(jī)。一種典型的無人直升機(jī)如圖1-3所示。2.按照飛機(jī)平臺(tái)構(gòu)型分類

1.2

無人機(jī)分類（3）無人直升機(jī)

2.按照飛機(jī)平臺(tái)構(gòu)型分類

1.2

無人機(jī)分類（3）無人直升機(jī)特點(diǎn)：可垂直起降、可懸停、操作靈活、可任意方向飛行，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障率較高。與固定翼無人機(jī)相比,飛行速度低、油耗高、載荷小、航程短、續(xù)航時(shí)間短。2.按照飛機(jī)平臺(tái)構(gòu)型分類

1.2

無人機(jī)分類（4）無人飛艇

無人飛艇是一種輕于空氣的航空器，它與熱氣球最大的區(qū)別在于具有推進(jìn)和控制飛行狀態(tài)的裝置。見圖1-5.2.按照飛機(jī)平臺(tái)構(gòu)型分類

1.2

無人機(jī)分類（4）無人飛艇

2.按照飛機(jī)平臺(tái)構(gòu)型分類

1.2

無人機(jī)分類（5）傘翼無人機(jī)一種用柔性傘翼代替剛性機(jī)翼的飛機(jī)，傘翼大部分為三角形，也有長方形的。傘翼可收疊存放，張開后利用迎面氣流產(chǎn)生升力而升空，起飛和著陸滑跑距離短，只需百米左右的跑道，常用于運(yùn)輸、通信、偵察、勘探和科學(xué)考察等。2.按照飛機(jī)平臺(tái)構(gòu)型分類

1.2

無人機(jī)分類（6）撲翼無人機(jī)這類飛行器是從鳥類或者昆蟲啟發(fā)而來的如圖1-6所示，具有可變形的小型翼翅。它可以利用不穩(wěn)定氣流的空氣動(dòng)力學(xué)，以及利用肌肉一樣的驅(qū)動(dòng)器代替電動(dòng)機(jī)2.按照飛機(jī)平臺(tái)構(gòu)型分類

1.2

無人機(jī)分類（6）撲翼無人機(jī)

2.按照飛機(jī)平臺(tái)構(gòu)型分類

1.3航模與無人機(jī)1.3

航模與無人機(jī)1.3

航模與無人機(jī)

航模是指在國際航聯(lián)制定的競賽規(guī)則里明確規(guī)定“航空模型是一種重于空氣的，有尺寸限制的，帶有或不帶有發(fā)動(dòng)機(jī)的，可遙控的不能載人的航空器。無人駕駛飛機(jī)簡稱“無人機(jī)”，英文縮寫為“UAV”，是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機(jī)。1.3

航模與無人機(jī)

我們國家對(duì)航模的定義是要求能在視距內(nèi)，即飛行的距離不得超過500米，并且航空的高度不得超過120米，并且有尺寸限制，并且航模有帶動(dòng)力或者不帶動(dòng)力兩種模式，無人機(jī)完全不是這樣，則是一種由無線電遙控設(shè)備或自身程序控制裝置操縱的無人駕駛飛行器。1.定義不同

1.3

航模與無人機(jī)

區(qū)別在于是否有導(dǎo)航飛控系統(tǒng)，能否實(shí)現(xiàn)自主飛行。通俗來說，無人機(jī)通過復(fù)雜的中央飛控系統(tǒng)，與地面控制參數(shù)進(jìn)行交互，控制飛機(jī)的姿態(tài)和機(jī)動(dòng)實(shí)現(xiàn)自主飛行。航模雖然也是無人駕駛，但是在操控手的視距范圍內(nèi)由操控手遙控實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)和姿態(tài)的調(diào)整。2.飛控系統(tǒng)不同

1.3

航模與無人機(jī)

在自動(dòng)控制方面，無人機(jī)能夠智能應(yīng)對(duì)各種情況，要求進(jìn)行任務(wù)執(zhí)行，與地面站進(jìn)行數(shù)據(jù)融合和任務(wù)確認(rèn)，并要求進(jìn)行下一步操作。而大多數(shù)航模的自動(dòng)控制只能實(shí)現(xiàn)失控后自動(dòng)返航。3.自動(dòng)控制不同

1.3

航模與無人機(jī)

無人機(jī)比航模要復(fù)雜。航空模型由飛行平臺(tái)、動(dòng)力系統(tǒng)、視距內(nèi)遙控系統(tǒng)組成，主要是為了大眾的觀賞性，追求的是外表的像真或是飛行優(yōu)雅等，科技含量并不高。無人機(jī)系統(tǒng)由飛行平臺(tái)、動(dòng)力系統(tǒng)、飛控導(dǎo)航系統(tǒng)、鏈路系統(tǒng)、任務(wù)系統(tǒng)、地面站等組成。4.組成不同

1.3

航模與無人機(jī)

無人機(jī)多執(zhí)行超視距任務(wù)，最大任務(wù)半徑上萬公里。通過機(jī)載導(dǎo)航飛控系統(tǒng)自主飛行。通過鏈路系統(tǒng)上傳控制指令和下傳任務(wù)信息。航模通常在目視視距范圍內(nèi)飛行，控制半徑小于800米，操作人員目視飛機(jī)，通過手中的遙控發(fā)射機(jī)操縱飛機(jī)，機(jī)上一般沒有任務(wù)設(shè)備。很多無人機(jī)系統(tǒng)也有類似航模的能力，可以在視距內(nèi)直接遙控操作。5.用途不同

1.3

航模與無人機(jī)

在我國，航空模型由國家體委下屬航空運(yùn)動(dòng)管理中心管理。民用無人機(jī)由民航局統(tǒng)一管理，軍用無人機(jī)由軍方統(tǒng)一管理。6.安全管理不同

1.4

無人機(jī)的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀1.4

無人機(jī)的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀1.4

無人機(jī)的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀

無人機(jī)的出現(xiàn)首先是作為靶機(jī)出現(xiàn)的。最初空中使用的“靶標(biāo)”都是拖靶——小旗或布袋，這樣既不安全也不真實(shí)。在三十年代于是有人把有人駕駛飛機(jī)改裝一番后就成了無人駕駛的靶機(jī)。1.國外無人機(jī)發(fā)展

1.4

無人機(jī)的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀1.國外無人機(jī)發(fā)展

美國“全球鷹”無人機(jī)美國“影子200”無人機(jī)美國“掃描鷹”無人機(jī)美國“火力偵察兵”無人直升機(jī)美國“捕食者”無人機(jī)1.4

無人機(jī)的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀

近年來，我國民用無人機(jī)興起源于兩個(gè)大的產(chǎn)業(yè)背景：一是我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈配套的成熟，尤其在深圳，可以方便的采購到所有硬件。二是硬件成本曲線不斷下降。2.國內(nèi)無人機(jī)發(fā)展

1.4

無人機(jī)的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀

中國民用無人機(jī)市場(chǎng)經(jīng)歷了30多年，從軍用到民用的發(fā)展，分為三個(gè)階段。第一階段，20世紀(jì)80年代，市場(chǎng)需求主要為軍用，慣性組建、控制系統(tǒng)技術(shù)不成熟，成本高，80年代初期，西北工業(yè)大學(xué)嘗試將固定翼無人機(jī)用于地圖測(cè)繪和地質(zhì)勘探。2.國內(nèi)無人機(jī)發(fā)展

1.4

無人機(jī)的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀

第二階段，20世紀(jì)90年代至2006年，部分企業(yè)對(duì)無人機(jī)進(jìn)行探索，市場(chǎng)開始向民間“滲透”，出現(xiàn)了低端民用小型無人機(jī)。產(chǎn)品主要用于科研，面向市場(chǎng)銷售的成熟產(chǎn)品極少。2.國內(nèi)無人機(jī)發(fā)展

1.4

無人機(jī)的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀

第三階段，2007年至今，軍工企業(yè)利用技術(shù)優(yōu)勢(shì)開始涉足民用領(lǐng)域，大量民企進(jìn)入民用無人機(jī)行業(yè)。專業(yè)級(jí)無人機(jī)開始走向市場(chǎng)，應(yīng)用在災(zāi)害救援、地圖測(cè)繪等領(lǐng)域；多旋翼無人機(jī)技術(shù)的成熟帶動(dòng)民用無人機(jī)市場(chǎng)的快速發(fā)展。2.國內(nèi)無人機(jī)發(fā)展

1.4

無人機(jī)的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀

（1）用作靶機(jī)為了訓(xùn)練殲擊機(jī)駕駛員、高射炮兵、雷達(dá)操縱員、導(dǎo)彈操縱員以及鑒定各種導(dǎo)彈的性能，就需要有一個(gè)模擬某些性能的靶機(jī)。最有名的靶機(jī)系列是美國瑞安航空公司生產(chǎn)的“火蜂”系列（圖1-8），還有ASN－12型靶標(biāo)無人機(jī)（圖1-9）。3.無人機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀1.4

無人機(jī)的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀

3.無人機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀1.4

無人機(jī)的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀

3.無人機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀

1.4

無人機(jī)的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀

（2）用作偵察機(jī)偵察機(jī)大多體積小巧，活動(dòng)靈活，不易被人發(fā)現(xiàn)，機(jī)上裝備先進(jìn)的攝影、攝像設(shè)備，可以完成各種偵察任務(wù)。主要用于實(shí)時(shí)監(jiān)控、火炮校正、戰(zhàn)場(chǎng)損傷評(píng)估和通信中繼等。3.無人機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀

1.4

無人機(jī)的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀

（3）用作電子對(duì)抗機(jī)（a）裝載主動(dòng)式電子干擾機(jī)，對(duì)敵方雷達(dá)實(shí)施主動(dòng)式電子干擾。（b）在空中拋撒金屬箔條等干擾物，為己方作戰(zhàn)飛機(jī)鋪設(shè)安全空中走廊。（c）向敵方陣地投放電聲竊聽器，收集電子情報(bào)或音響情報(bào)。（d）作小型伴飛無人機(jī)，吸引火力，輔助作戰(zhàn)飛機(jī)突防。（e）作誘餌機(jī)，誘使敵方發(fā)射地空導(dǎo)彈，誘騙消耗敵防空力量。3.無人機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀

1.4

無人機(jī)的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀

（4）用作無人作戰(zhàn)機(jī)

這種無人機(jī)可外掛武器裝備，由人遙控發(fā)射，發(fā)射后立即返航。這樣既可執(zhí)行高度危險(xiǎn)的攻擊任務(wù)又可減少人員傷亡。3.無人機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀

1.4

無人機(jī)的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀

（5）用作取樣、觀測(cè)機(jī)

有些科學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)人體的危害和對(duì)空域的污染使相當(dāng)嚴(yán)重的。如核爆炸和化學(xué)戰(zhàn)地等就是如此。為了分析研究實(shí)驗(yàn)效果所進(jìn)行的空氣取樣或?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)的觀測(cè)，使用無人駕駛飛機(jī)完成這項(xiàng)工作最為適宜。圖1-13給出幾種常用無人機(jī)。3.無人機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀

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無人機(jī)的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀

3.無人機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀

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無人機(jī)的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀

（6）用作無人駕駛研究機(jī)

無人駕駛飛機(jī)作為新技術(shù)具有特殊的優(yōu)越性。當(dāng)設(shè)計(jì)一架新型飛機(jī)后，一般是先把飛機(jī)按比例縮小制成模型，放到風(fēng)洞利進(jìn)行空氣動(dòng)力特性實(shí)驗(yàn)。但這只是靜態(tài)特性。還可以把模型作成能遙控的無人機(jī)，以達(dá)到動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)的目的，同時(shí)還很安全（圖1-14）。3.無人機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀

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無人機(jī)的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀

3.無人機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀

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無人機(jī)的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀

（7）用作地質(zhì)勘探機(jī)

航空地質(zhì)勘探儀器具有較高的靈敏度，如在兩千米高空，進(jìn)行光學(xué)攝影，可以發(fā)現(xiàn)地面上一厘米寬度的線狀物體和直徑30~50厘米的巖石碎片。尤其由于近代技術(shù)物理的發(fā)