国内外无人机自主起飞着陆系统研究
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遥控／预编程控 制 ＧＰＳ／ＩＮＳ导肮。 具 有 自主起
飞 、 自动 巡 航和着陆能 力 半 自 主 式 飞 半 自主 式 飞
行，惯性导肮、 行 远距 离无线 电 导航 系统或者 ＧＰＳ导航系统 自动着陆
遥控 飞行
ＧＰＳ导航系统 飞行 中由预先 编好 的程序控
制
ＧＰｓ 、计算机视
觉
可收放式起 落架
着 陆 目标 为 移动平 台
ｔ 概述
无人 机 是 一种多次使用的作战平台，它必须多次完成 自主起飞／着陆任务，同时为了 适应未来战争环境，扩大作战半径，在各种复杂气象条件下 （如雪、雾、烟等）、夜间、 简易的前线机场等恶劣条件下，都能出动，并完成作战任务返回。因此要求无人机具有全 大候、短距自主起飞和自主精确进场着陆的能力。 １．１ 现有着陆导引系统概述
捕食者，（Ｐｒｅｄａｔｏｒ） 无人侦察机
美 国
起飞／着陆方式
轮式起飞着陆
轮式起飞着陆
控制、制导 自主起飞
着陆，
ＧＰＳ／ＩＮＳ导航 自主起飞着陆
ＧＰＳ／ＩＮＳ导航
轮式起飞着陆 自动完成从起 飞到着陆的整 个飞行过程， ＧＰＳ／ＩＮＳ导肮
轮式起飞着陆， ＧＰＳ／ＩＮＳ 导 航 可降落伞紧急 系统
机
苍鹭（Ｈｅｒｏｎ） 高空长航时无人
以色 列
机
Ｙａｍａｈａ Ｒ－５０
ＵＡ Ｖ美国
伯克利 ＵＡＶ测试 无人机
回收
常规 起 飞和 着 陆，也可 以伞 降回收 轮式起飞和着
陆
轮式起飞和着
陆
可用降落伞／翼
伞回收
轮式起飞和着
陆 轮式起 飞和着 陆 轮式起飞和着 陆
垂直起飞着陆
的平 坦地面 就可 以起飞
ＧＰＳ导航
联惯导、无线电高度表、ＤＧＰＳ）组成的混合着陆系统己是国外研究情况
无人 机 起 飞和回收着陆有多种方案，如降落伞回收，触网回收，滑撬着陆，机腹着陆，
软式着陆等等。对于较大的高速无人机，则常采用轮式起飞着陆。轮式起飞着陆的控制方
式由早期的遥控、程控发展到自主起飞着陆，导航方式由无线电导肮、惯性导航 （ＩＮＳ）．
发展到 ＩＮＳ／ＧＰＳ组合导航系统，并在进一步发展中．
国外 典 型 无 人 机 的 起 飞着 陆 方 式 及 导 引 体制见下表：
名称
类型
美 《空军２０２５》中 ｔ（ＡＶ
的 ＵＣＡＶ方案
关 《新世纪展望》 ＵＣＡＶ 中的 ＵＣＡＶ方案
全球 鹰 ” （ＧｌｏｂａｌＨａｗｋ）
美 国
高空长航 时无人 驾驶侦察机
置和速度精度的一个圃锥体内。几种现有进场着陆导引体制方案的特点简述如下： ａ） 仪表着陆系统 ＩＬＳ：
单一 固 定 的下滑道，波束覆盖区很小，成比例的控制区更小，不能引导飞机做曲线进 场和分段进场。 ｂ） 微波着陆系统ＭＬＳ：
能提 供 各 种进场航线，造价高，地面和机载设备要求高。 ｃ） ＧＰＳ在进场着陆方面的应用
一般 说 来 ，任何一种着陆导引系统都要满足三种要求： ａ） 可靠性，或者说低故障率：
ｂ） 完整性，或者说保证出现故障能被快速检测到，并且重构出满足要求的信息；
Ｃ） 准确性。
基于 ＤＧＰ Ｓ的自主着陆研究工作应该说已经进展到相当的阶段，ＤＧＰＳ有其自身优越性 但也有致命缺陷，即信号完整性不是很高 （所以才有信息完整性研究），有研究记录表明， 一个 ＧＰｓ的错误最迟有可能在几分钟后才被报告，这显然在着陆阶段是不能允许的。而且 这个缺陷难以由ＧＰｓ自身弥补，加之由于 ＧＰＳ定位信号来自飞机外部数据链，一旦数据链 路中断或受到千扰，定位信息的准确性就大大下降，甚至无法工作。所以，目前出现了几 种组合导引着陆方式，如ＧＰＳＩＩＮＳ、就是在刚要进场着陆时，由ＧＰｓ将 ＩＮＳ校准，而在进 场着陆阶段用 工ＮＳ做主导引信号，（利用 工ＮＳ在短时间内精度较高的特点），此外，其他组 合导引着陆方式，如 ＧＰＳ／图象传感器 （前视红外雷达 ＦＵＲ和毫米波雷达）等方案也都正 在研究之中。
通常 的 着 陆过程取决于飞机型号、进场类别或进场精度、飞机上的仪器设备以及地面
辅助设备的情况。着陆导引系统给飞机提供一条荃准路径，它包括方位角、航迹角和相对 跑道的距离。机载惯性参考设备和大气数据系统可以向飞机提供姿态、位置和速度的附加 数据。在通常的自动着陆系统中，飞机的着陆路径被控制在能使飞机着陆时达到要求的位
国内外无人机自主起飞粉陆系统研究
戴 宁 王 敏 文 （西安飞行自动控制研究所，西安，７１００６５）
摘 要 本文首先简单介绍了现役的几种自动着陆导引系统，以及在研的基于差分 ＧＰＳ、基于计算 机视觉的自主着陆导引技术的特点。然后详细介绍了国内外各种无人机着陆方式及自主着陆导引系
统的研究进展情况． 关键词 差分 ＧＰｓ 计算机视觉 自主着陆导引系统
近十 年 来 ，随着 ＧＰＳ应用技术的发展，美国及欧洲国家在基于ＧＰＳ的进场着陆技术方 面进行了大量的研究工作。利用 ＧＰＳ／ＤＧＰＳ所提供的地心坐标，转换为机场跑道为坐标原 点的大地坐标系，由此可方便地设计出任意一条着陆的空间三维基准路线。 １．２基于计算机视觉的自主进场着陆方案
比较 而 言 ，自主进场着陆导引与控制在技术上难度远大于自主起飞。因此，对无人机 自主式起飞着陆的研究主要集中在自主进场着陆系统方面。
基 于视 觉 的自主着陆由于不依赖于地面和空中导航设备，在抗电子对抗方面，在提高
自主化程度方面都有较大的优越性，所以目前国外对该项目的研究多集中在采用基于计算
机视觉的自主着陆技术方面。
但是 单 纯 的计算机视觉也很难完成对无人作战飞机的精确定位。为了实现着陆定位的
可靠性，一般多采用多传感器的数据融合技术。所以采用计算机视觉和其它多传感器 （捷
其它
起飞着陆时 正 飞 ，巡航 时倒飞 两个人负责 用 差 分 ＧＰｓ 指 挥 自动起 飞和着陆。
只需要 一段 大约 ７００ 米
，猎人， 美国
战术无人机
“暗星”（ＤａｒｋＳｔａｒ） 无人侦察机
美 国
影子 ６００３ｈａｄｏｗ 多用途无人机 美 国
Ｘ－些Ａ
美国
无人驾驶战斗机 验证机
开拓者 Ｐａｔｈｆｉｎｄｅｒ 太阳能试验无人
１９９ ０年 秋 季，Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ公司和ＮＡＳＡ联合完成的Ｘ－３４上 ＩＩＩ类自动着陆，采用的就
飞 、 自动 巡 航和着陆能 力 半 自 主 式 飞 半 自主 式 飞
行，惯性导肮、 行 远距 离无线 电 导航 系统或者 ＧＰＳ导航系统 自动着陆
遥控 飞行
ＧＰＳ导航系统 飞行 中由预先 编好 的程序控
制
ＧＰｓ 、计算机视
觉
可收放式起 落架
着 陆 目标 为 移动平 台
ｔ 概述
无人 机 是 一种多次使用的作战平台，它必须多次完成 自主起飞／着陆任务，同时为了 适应未来战争环境，扩大作战半径，在各种复杂气象条件下 （如雪、雾、烟等）、夜间、 简易的前线机场等恶劣条件下，都能出动，并完成作战任务返回。因此要求无人机具有全 大候、短距自主起飞和自主精确进场着陆的能力。 １．１ 现有着陆导引系统概述
捕食者，（Ｐｒｅｄａｔｏｒ） 无人侦察机
美 国
起飞／着陆方式
轮式起飞着陆
轮式起飞着陆
控制、制导 自主起飞
着陆，
ＧＰＳ／ＩＮＳ导航 自主起飞着陆
ＧＰＳ／ＩＮＳ导航
轮式起飞着陆 自动完成从起 飞到着陆的整 个飞行过程， ＧＰＳ／ＩＮＳ导肮
轮式起飞着陆， ＧＰＳ／ＩＮＳ 导 航 可降落伞紧急 系统
机
苍鹭（Ｈｅｒｏｎ） 高空长航时无人
以色 列
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Ｙａｍａｈａ Ｒ－５０
ＵＡ Ｖ美国
伯克利 ＵＡＶ测试 无人机
回收
常规 起 飞和 着 陆，也可 以伞 降回收 轮式起飞和着
陆
轮式起飞和着
陆
可用降落伞／翼
伞回收
轮式起飞和着
陆 轮式起 飞和着 陆 轮式起飞和着 陆
垂直起飞着陆
的平 坦地面 就可 以起飞
ＧＰＳ导航
联惯导、无线电高度表、ＤＧＰＳ）组成的混合着陆系统己是国外研究情况
无人 机 起 飞和回收着陆有多种方案，如降落伞回收，触网回收，滑撬着陆，机腹着陆，
软式着陆等等。对于较大的高速无人机，则常采用轮式起飞着陆。轮式起飞着陆的控制方
式由早期的遥控、程控发展到自主起飞着陆，导航方式由无线电导肮、惯性导航 （ＩＮＳ）．
发展到 ＩＮＳ／ＧＰＳ组合导航系统，并在进一步发展中．
国外 典 型 无 人 机 的 起 飞着 陆 方 式 及 导 引 体制见下表：
名称
类型
美 《空军２０２５》中 ｔ（ＡＶ
的 ＵＣＡＶ方案
关 《新世纪展望》 ＵＣＡＶ 中的 ＵＣＡＶ方案
全球 鹰 ” （ＧｌｏｂａｌＨａｗｋ）
美 国
高空长航 时无人 驾驶侦察机
置和速度精度的一个圃锥体内。几种现有进场着陆导引体制方案的特点简述如下： ａ） 仪表着陆系统 ＩＬＳ：
单一 固 定 的下滑道，波束覆盖区很小，成比例的控制区更小，不能引导飞机做曲线进 场和分段进场。 ｂ） 微波着陆系统ＭＬＳ：
能提 供 各 种进场航线，造价高，地面和机载设备要求高。 ｃ） ＧＰＳ在进场着陆方面的应用
一般 说 来 ，任何一种着陆导引系统都要满足三种要求： ａ） 可靠性，或者说低故障率：
ｂ） 完整性，或者说保证出现故障能被快速检测到，并且重构出满足要求的信息；
Ｃ） 准确性。
基于 ＤＧＰ Ｓ的自主着陆研究工作应该说已经进展到相当的阶段，ＤＧＰＳ有其自身优越性 但也有致命缺陷，即信号完整性不是很高 （所以才有信息完整性研究），有研究记录表明， 一个 ＧＰｓ的错误最迟有可能在几分钟后才被报告，这显然在着陆阶段是不能允许的。而且 这个缺陷难以由ＧＰｓ自身弥补，加之由于 ＧＰＳ定位信号来自飞机外部数据链，一旦数据链 路中断或受到千扰，定位信息的准确性就大大下降，甚至无法工作。所以，目前出现了几 种组合导引着陆方式，如ＧＰＳＩＩＮＳ、就是在刚要进场着陆时，由ＧＰｓ将 ＩＮＳ校准，而在进 场着陆阶段用 工ＮＳ做主导引信号，（利用 工ＮＳ在短时间内精度较高的特点），此外，其他组 合导引着陆方式，如 ＧＰＳ／图象传感器 （前视红外雷达 ＦＵＲ和毫米波雷达）等方案也都正 在研究之中。
通常 的 着 陆过程取决于飞机型号、进场类别或进场精度、飞机上的仪器设备以及地面
辅助设备的情况。着陆导引系统给飞机提供一条荃准路径，它包括方位角、航迹角和相对 跑道的距离。机载惯性参考设备和大气数据系统可以向飞机提供姿态、位置和速度的附加 数据。在通常的自动着陆系统中，飞机的着陆路径被控制在能使飞机着陆时达到要求的位
国内外无人机自主起飞粉陆系统研究
戴 宁 王 敏 文 （西安飞行自动控制研究所，西安，７１００６５）
摘 要 本文首先简单介绍了现役的几种自动着陆导引系统，以及在研的基于差分 ＧＰＳ、基于计算 机视觉的自主着陆导引技术的特点。然后详细介绍了国内外各种无人机着陆方式及自主着陆导引系
统的研究进展情况． 关键词 差分 ＧＰｓ 计算机视觉 自主着陆导引系统
近十 年 来 ，随着 ＧＰＳ应用技术的发展，美国及欧洲国家在基于ＧＰＳ的进场着陆技术方 面进行了大量的研究工作。利用 ＧＰＳ／ＤＧＰＳ所提供的地心坐标，转换为机场跑道为坐标原 点的大地坐标系，由此可方便地设计出任意一条着陆的空间三维基准路线。 １．２基于计算机视觉的自主进场着陆方案
比较 而 言 ，自主进场着陆导引与控制在技术上难度远大于自主起飞。因此，对无人机 自主式起飞着陆的研究主要集中在自主进场着陆系统方面。
基 于视 觉 的自主着陆由于不依赖于地面和空中导航设备，在抗电子对抗方面，在提高
自主化程度方面都有较大的优越性，所以目前国外对该项目的研究多集中在采用基于计算
机视觉的自主着陆技术方面。
但是 单 纯 的计算机视觉也很难完成对无人作战飞机的精确定位。为了实现着陆定位的
可靠性，一般多采用多传感器的数据融合技术。所以采用计算机视觉和其它多传感器 （捷
其它
起飞着陆时 正 飞 ，巡航 时倒飞 两个人负责 用 差 分 ＧＰｓ 指 挥 自动起 飞和着陆。
只需要 一段 大约 ７００ 米
，猎人， 美国
战术无人机
“暗星”（ＤａｒｋＳｔａｒ） 无人侦察机
美 国
影子 ６００３ｈａｄｏｗ 多用途无人机 美 国
Ｘ－些Ａ
美国
无人驾驶战斗机 验证机
开拓者 Ｐａｔｈｆｉｎｄｅｒ 太阳能试验无人
１９９ ０年 秋 季，Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ公司和ＮＡＳＡ联合完成的Ｘ－３４上 ＩＩＩ类自动着陆，采用的就