无人机相关技术与发展趋势_甄云卉

第28卷第1期 兵工自动化 Vol. 28, No. 1 2009年1月 Ordnance Industry Automation Jan. 2009

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文章编号：1006-1576（2009）01-0014-03

无人机相关技术与发展趋势

甄云卉，路平

（军械工程学院 光学与电子工程系，河北 石家庄 050003）

摘要：无人驾驶飞机（简称“无人机（UAV ）”）主要包括飞机机体、飞控系统、数据链系统、发射回收系统、电源系统等。其相关技术涉及隐身、飞行控制、动力、数据链、发射等方面。根据其运用灵巧、精度高、可重复利用等特性，在军用、民用以及研究领域有着广泛应用。针对现有状况阐述无人机目前存在的问题，展望今后的发展趋势。

关键词：无人机；飞控系统；隐身技术；数据链；雷达散射截面 中图分类号：V279 文献标识码：A

Related Technologies and Development of UAV

ZHEN Yun-hui, LU Ping

(Dept. of Optical & Electrical Engineering, Ordnance Engineering College, Shijiazhuang 050003, China)

Abstract: The Unmanned Aerial Vehicle (UVA) comprises airplane frame, flight control system, data link system, launch reclaim system, power-supply system, etc. Its related technologies contain stealth, flight control, power, data link, and so on. Based on the characteristics of being used smartly, accurately and repeatedly, it is widely used in military affairs, the civil and the research field. Analyze recent problems of the UVA system under current circumstances, and cast a light on the UAV in the future.

Keywords: UAV; Flight control system; Stealth technology; Data link; RCS

0 引言

随着科技信息时代的发展，未来信息化条件下的战争将对武器装备的高射程、高精度、零伤亡、高重复利用率以及隐蔽性等特征提出更高要求。无人驾驶飞机（Unmanned Aerial Vehicle ，UAV ，简称“无人机”）与其他武器相比有更好的优越性。无人机是具有自主程序控制、可进行无线遥控飞行的空中飞行器，可与遥控人员协作完成半自主控制，也可在无人驾驶、控制的状态下自主操作。无人机设计灵巧，空间利用率高，可重复使用，实际用途十分广泛。故对其相关技术与发展趋势进行研究。

1 无人机的系统组成及特点

1.1 系统组成

无人机主要包括飞机机体、飞控系统、数据链系统、发射回收系统、电源系统等。飞控系统又称为飞行管理与控制系统，相当于无人机系统的“心脏”部分，对无人机的稳定性、数据传输的可靠性、精确度、实时性等都有重要影响，对其飞行性能起决定性的作用；数据链系统可以保证对遥控指令的准确传输，以及无人机接收、发送信息的实时性和可靠性，以保证信息反馈的及时有效性和顺利、准

确的完成任务。发射回收系统保证无人机顺利升空以达到安全的高度和速度飞行，并在执行完任务后从天空安全回落到地面。 1.2 系统特点

1) 机体灵活性好，体积小、重量轻。由于无人机的设计不用考虑驾驶员的部分，机身可以设计得很小，同时使用较轻的材料以减轻机身重量，提高生存能力和飞行速度。

2) 可担负多载荷任务并进行远距离、长时间续航。与相同体积和重量的有人机相比，无人机有更多的空间和载重量用来承载燃料、武器和设备等，提高了工作效率，延长了续航时间；同时，不用考虑飞行员自身的承受极限和飞行加速度的影响，可执行更复杂的飞行作战任务。

3) 隐身性能好，生存能力强，费用低廉。与载重量相当的有人驾驶飞机相比，无人机造型小巧，机体灵活，可采用雷达反射特征不敏感的材料制造以达到较好的隐身效果，从而躲避敌人的探测。目前，大部分中小型无人机的价格已降至有人驾驶飞机的1/10左右，而小型无人机更是价格低廉。

4) 安全系数高，自主控制能力强。无人机最大的特点就是机上无人驾驶，使其可以担负许多有人

收稿日期：2008-07-23；修回日期：2008-09-03 作者简介：甄云卉（1981-），女，黑龙江人，军械工程学院在读硕士研究生，从事数字通信技术及其应用研究。

甄云卉，等：无人机相关技术与发展趋势

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机无法执行的特殊、危险且艰巨的任务。如：核污染区的勘测、生、化危险区的工作以及新武器试验等。既扩大了执行任务范围，又减少了不必要的人员伤亡，增强了安全可靠性。无人机具有极强的自主控制能力，可以在地面站的操作人员控制下进行遥控飞行，也可根据预编程序进行自主控制飞行，同时能与指挥中心进行实时通信。

2 无人机的相关技术

1) 隐身技术。在现代化的战争中，无人机主要是在敌方上空完成作战任务，生存环境恶劣、易于被发现。因此，隐身技术的应用对提高无人机的战场生存能力具有至关重要的作用。无人机主要通过对机身表面材料的改进和对机体构造的设计来降低雷达信号的反射。通常，无人机机体表面采用降低反射雷达信号波能量的复合材料构造，使用雷达吸波材料。RCS 越小，目标向雷达接受方散射电磁波的能力就越弱，目标的生存性能就越好。同时，无人机也尽量采用减小电磁波反射的机身构造，即在机身各部分的连接处进行光滑处理，避免形成角度增强反射，并在凹口处采取相应的隐身措施。

2) 飞控技术。飞控技术包括传感技术、导航定位技术、飞行控制律设计等。随着作战任务的不同，如侦察、校射、运输、空中格斗等，无人机控制规律各不相同。尤其是一机多用时，无人机的控制任务也要随之改变，这就对飞行控制提出了更高要求，飞行控制律的设计成为难点。飞行控制律是解决无人机的核心系统与已建立的对象模型及各传感器间匹配的控制规律。目前，多模型的方法是处理不确定问题的重要方法，多模型的自适应控制技术是比较适合的[1]。将设计模型与在线识别和决策相结合，可根据情况的变化自主地在已建立的模型集中选择适合当前工作状态的模型及与之匹配的控制器，形成实时的、具有高鲁棒性的控制系统，降低决策和控制的复杂程度，使总体性能达到最佳。

3) 动力技术。由于无人机具有承载任务多、续航时间长的特点，在无人机飞行过程中就需要有较好的动力推动技术和低油耗、高可靠性的发动机。当前，无人机使用的发动机主要有活塞式、涡轮式、转子式、太阳能式等。其中，太阳能式发动机能有效利用能源，满足无人机的长滞空需要，前景看好。

4) 数据链技术。无人机要实现智能的自主控制飞行，最关键的技术是数据链传输的安全和可靠问题。宽带、大数据量的传输是无人机的发展趋势和

必然要求。目前，无人机主要采用Ku /Ka 波段、C /X 波段和L 波段进行通信[2]。

5) 发射、回收技术。发射系统按其发射点位置来区分，主要包括陆（或雪、冰）上发射、水（舰）上发射和空中发射。陆上发射又可根据发射方式分为发射架发射、起落架起飞、滑跑车起飞和垂直起飞等；空中发射主要是指母机投放，即由母机运载到空中指定位置后进行点火投放，以提高无人机的使用寿命，降低伤亡率，但对母机的设计要求较高，同时应用的环境较受限制。按回收地点可将回收分为空中回收、陆上回收、水上或舰上回收；按回收方式可分为自主降落回收和遥控降落回收；按回收系统可分为回收网回收、伞降回收、滑跑降落回收（起落架回收）等多种。其中，自主降落方式要求在飞控系统中加入返航、降落、定位等的程序，设计复杂但操作运用简单，应用较广泛。

3 无人机现状及发展趋势

3.1 现存问题

1) 小型无人机由于机身重量较轻，故存在易受大风等恶劣天气状况的影响，使其不能保证正常的执行任务。

2) 无人机在数据传送上的理想状态是高数据传输率及零误码和延时，但是在实际的过程中仍受信道、外界环境及敌方的干扰和其他因素的影响。

3) 随着人工智能技术在无人机领域的运用，无人机自主控制识别的能力不断增强，但大量试验验证，无人机仍不能有效区分目标的真假，在危机时刻并不能做到选择最佳方案克敌制胜并减少伤亡。 4) 由于无人机相关技术的成熟与发展，对操作人员在技术上和综合素质上提出了更高的要求，既要掌握操作控制技术，又应具有决策判断能力。 3.2 发展方向

1) 由辅战装备向主战装备地位的转变。无人战斗飞机由于不用考虑驾驶人员的各种生理要求，可根据执行的任务需要设计成为满足超长航时、高战斗性能等的结构，其角色扮演将由侦察、监视为主转变为攻击、战斗为主。在不久的将来，无人战斗飞机将在空对空作战中取代有人机，成为我军空中对敌精确打击的有效武器之一。

2) 轻型化、小型化、智能化和攻击机、战斗机。小型无人机的尺寸大约为100～300cm ，超小型无人机大约为15～100cm ，微型无人机大约≤15cm 。小