无人机设计手册及主要技术

无人机设计手册及主要技术

容简介

独家《无人机设计手册》分上、下两册共十二章。

上册包括无人机系统总体设计，气动、强度、结构设计，动力装置，发射与回收系统，飞行控制与管理系统。

下册包括机载电气系统，指挥控制与任务规划，测控与信息传输，有人机改装无人机，综合保障设计，可靠性、维修性、安全性和环境适应性以及无人机飞行试验等。有关无人机任务设备、卫星中继通信的设计以及正在发展的无人机技术等容，有待手册再版时编入，使无人机设计手册不断成熟和丰富。

适用人群

本手册是国第一部较全面系统阐述无人机设计技术的工具书，不仅可作为无人机的设计参考，也可以作为院校无人机教学、无人机行业的工程技术人员和管理人员的参考书，并可供无人机部队试验人员使用。希望本手册的出版能对我国无人机研制工作的技术支持有所裨益。

作者简介

祝小平，现任西北工业大学无人机所总工程师，主要从事无人机总体设计、飞行控制与制导系统设计等研究工作。主持了工程型号、国防预研等国家重点项目多项，获国家和部级科学技术奖9项，其中国家科技进步一等奖1项，国防科技进步一等奖4项，获技术发明专利10项，荣立“国防科技工业武器装备型号研制”个人一等功，发表论著150多篇。先后入选国家级“新世纪百千万人才工程”、国防科技工业“511人才工程”和教育部“新世纪优秀人才支持计划”，获得“ 国防科技工业百名优秀博士、硕士”、“国防科技工业有突出贡献的中青年专家”、“省有突出贡献专家”和“科学中国人(2009)年度人物”等荣誉称号。

无人机相关GJB标准-融融网

gjb 8265-2014 无人机机载电子测量设备通用规

gjb 4108-2000 军用小型无人机系统部队试验规程

gjb 5190-2004 无人机载有源雷达假目标通用规

gjb 7201-2011 舰载无人机雷达对抗载荷自动测试设备通用规

gjb 5433-2005 无人机系统通用要求

gjb 2347-1995 无人机通用规

gjb 6724-2009 通信干扰无人机通用规

gjb 6703-2009 无人机测控系统通用要求

gjb 2018-1994 无人机发射系统通用要求

无人机主要技术

一、动力技术

续航能力是目前制约无人机发展的重大障碍，业人士也普遍认为消费级多旋翼续航时间基本维持在20min左右，很是鸡肋。逼得用户外出飞行不得不携带多块电池备用，造成使用操作的诸多不便，为此有诸多企业在2016年里做出了新的尝试。

1. 氢燃料电池

高原地区的高海拔会导致低含氧量、低气压和低气温,这些因素对无人机工作的影响非常大，特别是动力系统方面。今年5月底，众宇动力团队在胜利达坂地区，顺利完成了对氢燃料电池系统在高原应用中功效的一系列测试，验证了燃料电池在低气压、低含氧环境中的性能变化的预计结果，也测试了系统在同时面临低气压、低气温环境的工况变化，证实了之前实验室模拟计算的结果，用氢燃料电池作为无人机的动力系统，将使其能够有效应对高海拔、高气压的困难作业环境。

2. 无线充电

伦敦帝国理工学院博士研究助理，Samer Aldhaher找到了一种方法，可以通过无线充电装置提供电力给小型无人机。该款无线充电底座是由一个双层印刷电路板（PCB）组成，上面蚀刻有无线电发射器。另外它还有一个13.56MHz 逆变器，它能够为电路板提供电流。为了能够接收到无线电波，无人机外部还缠绕有导电铜箔胶带。但目前只能让无人机飞到距离无线充电底座12.7厘米高，也不能飞得太远，因为模型机上缺少板载电源，如果它飞得离充电装置太远的话，就会关闭了。

3. 太阳能续航

据外媒报道，无人机(UAV)太阳能解决方案开发商Alta Devices宣布，将为无人机制造商C-Astral研发的新一代无人机提供太阳能技术，该技术将有助于提升无人机的续航能力，这款新型太阳能电池以31.6%的太能效率打破了世界记录，可以使无人机至少可以再多飞行两个小时，与此同时这款太阳能供电技术还可以做到延长无人机的飞行时间而不会影响高性能飞机设计。

4. 核能供电电池

俄罗斯萨马拉科罗廖夫大学新闻办日前宣布，该校科研人员正在研制一种核能电池，使用期可达100年。其中的新技术利用多孔碳化硅结构保护放射性元素，能在保证安全的同时，让核能电池工作很长时间。在无人机领域，不少无人飞行器的研制者对此类电池兴趣非常大，因为对他们来说，电源体轻且单位功率大对于满足持续工作的要求极为重要。此外，碳化硅材料不仅能够抗寒，还能经受住近350摄氏度的高温，装有这种电池的传感器在机械制造领域也极具价值。

二、导航技术

无人机准确地知道自己“在哪儿”、“去哪儿”，几乎是类似于人类“从哪里来、到哪里去”的哲学问题，在无人机的任何发展阶段都是绕不开的问题。

1. 定位技术

目前无人机多采用GPS定位，信号容易受到干扰。未来研究方向包括利用多信息源定位，如TV、收音机、Wi-Fi 等等信息定位，弥补GPS定位的不足，今年无人机RTK技术的突破，十分引人关注。

我们知道无人机的飞行航线依赖于导航定位系统，可以根据定位系统所得到的信息让无人机在指定的时间完成航行任务，而其精准度与所搭载的定位技术直接挂钩，基于RTK技术的无人机定位系统可以通过实时获取导航卫星信号和RTK差分定位信息，为无人机飞行作业提供高精度定位支持。

RTK的中文全称是实时动态差分法，是建立在实时处理两个测站的载波相位基础上的种新的常用的GPS测量方法，与之前的GPS定位技术相比，采用了载波相位动态实时差分方法，可以在野外实时得到厘米级定位精度，这项技术在植保无人机的作业方面更有效果，比如极飞P20V2采用的军用级别RTK定位技术，让航线的精度达到厘米级，不仅让喷洒更精准，也能更好的避开障碍物。

2. 避障技术

让飞行中的无人机“长眼镜”，能够识别飞行路径上的障碍物，并准确绕飞或悬停，是实现无人机智能化的重要一步。今年无人机避障技术将在这些方面实现突破。

夜间避障：比如极飞为了方便夜间作业，采用了主动近红外照射技术，简单来说就是加了一个特殊的“手电筒”和并改造了“手电筒”眼睛，双目是由两个黑白镜头组成，从380-1080nm波段都可以成像，也就意味着不仅能“看见”可见光，还能看见人眼也看不见的红外线。无人机会主动发射近红外线光线，虽然人眼看不到，但能作为夜晚的光源，双目的每一个镜头就能接收到环境中的红外线的反馈，经过双目计算后就可以「感知」到环境和障碍物了。而且避障距离和白天相比没有变化，都是30米(角度：水平FOV65°)。

双目立体视觉功能：在当前的无人机领域，“双目立体视觉功能”（简称双目功能）日益受到重视，成为了诸多新品的标配和宣传点。大疆创新发布的精灵Phantom 4就运用了立体视觉定位系统，由双目视觉传感器和一组超声波传感器组成，从根本上解决了悬停的精度，实现了复杂环境下稳定飞行的功能。

四维雷达技术：传统的民用雷达大多只能提供二维的信息，但是，人们都生活在三维的空间里，二维信息是远远不够的。举例来说，现在的民用雷达都无法测量车子的高度，而这对于无人驾驶、无人机等方面的应用就有很大的局限性。位于美国俄亥俄州的公司Oculii，开发了世界上第一个可以商用的四维雷达，使得无人机在三维空间，获取上下左右的空间信息。