无人机关键技术及发展趋势

2018-06-12 21:29 东方网

   无人机是无人驾驶飞机的简称(Unmanned Aerial Vehicle),是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置的不载人飞机,包括无人直升机、固定翼机、多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机。广义地看也包括临近空间飞行器(20-100公里空域),如平流层飞艇、高空气球、太阳能无人机等。从某种角度来看,无人机可以在无人驾驶的条件下完成复杂空中飞行任务和各种负载任务,可以被看做是“空中机器人”。其中飞控系统、导航系统、动力系统、通链路均是无人机系统的核心技术,是现阶段无人机厂商获取核心竞争力的因素。下面我们重点介绍下四大系统的作用和发展趋势。

   1、飞控系统是无人机的“驾驶员”;更精确、更清晰

   飞控子系统是无人机完成起飞、空中飞行、执行任务和返场回收等整个飞行过程的核心系统,飞控对于无人机相当于驾驶员对于有人机的作用,是无人机最核心的技术之一。飞控一般包括传感器、机载计算机和伺服作动设备三大部分,实现的功能主要有无人机姿态稳定和控制、无人机任务设备管理和应急控制三大类。

   其中机体大量装配的各种传感器(包括角速率、姿态、位置、加速度、高度和空速等)是飞控系统的基础,是保证飞机控制精度的关键。在不同飞行环境下,不同用途的无人机对传感器的配置要求也不同。未来对无人机态势感知、战场上识别敌我、防区外交战能力等方面的需求,要求无人机传感器具有更高的探测精度、更高的分辨率,因此国内外无人机传感器中大量应用了超光谱成像、合成孔径雷达、超高频穿透等新技术。

   2、导航系统是无人机的“眼睛”;多技术融合是发展方向

   导航系统向无人机提供参考坐标系的位置、速度、飞行姿态,引导无人机按照指定航线飞行,相当于有人机系统中的领航员。无人机载导航系统主要分非自主(GPS等)和自主(惯性制导)两种,但分别有易受干扰和误差积累增大的缺点,而未来无人机的发展要求障碍回避、物资或武器投放、自动进场着陆等功能,需要高精度、高可靠性、高抗干扰性能,因此多种导航技术结合的“惯性+多传感器+GPS+光电导航系统”将是未来发展的方向。

   NovAtel OEM7系列GNSS接收机支持全系统全频点信号接收,实时解算高精度的位置、速度、时间等数据,并与航向传感器、高度传感器、陀螺仪、飞行控制器、遥测发射机等信息结合,为无人机飞控系统提供可靠的数据输入。1 cm+1 ppm 的定位解算精度和0.2 度/ 米基线的测向精度为无人机提供OEM板卡或整机的高精度解决方案,保障无人机的安全平稳飞行。

   3、动力系统;涡轮有望逐步取代活塞,新能源发动机提升续航能力

   不同用途的无人机对动力装置的要求不同,但都希望发动机体积小、成本低、工作可靠:(1)无人机目前广泛采用的动力装置为活塞式发动机,但活塞式只适用于低速低空小型无人机;(2)对于一次性使用的靶机、自杀式无人机或导弹,要求推重比高但寿命可以短(1-2h),一般使用涡喷式发动机;(3)低空无人直升机一般使用涡轴发动机,高空长航时的大型无人机一般使用涡扇发动机(美国全球鹰重达12t);(4)微型无人机(多旋翼)一般使用电池驱动的电动机,一般起飞质量小于10Kg、续航时间小于一小时。

   随着涡轮发动机推重比、寿命不断提高、油耗降低,涡轮将取代活塞成为无人机的主力动力机型,太阳能、氢能等新能源电动机也有望为小型无人机提供更持久的生存力。

   4、数据链是“放风筝的线”;向高速率高带宽发展

   数据链传输系统是无人机的重要技术之一,负责完成对无人机遥控、遥测、跟踪定位和传感器传输,上行数据链实现对无人机遥控、下行数据链执行遥测、数据传输功能。普通无人机大多采用定制视距数据链,而中高空、长航时无人机则都会采用视距和超视距卫通数据链。

   现代数据链技术的发展推动着无人机数据链向着高速、宽带、保密、抗干扰的方向发展,无人机实用化能力将越来越强。随着机载传感器、定位的精准程度和执行任务的复杂程度不断上升,对数据链的带宽提出了很强的要求,未来随着机载高速处理器的突飞猛进,预计几年后现有射频数据链的传输速率将翻倍,未来在全天候要求低的领域可能还将出现激光通讯方式。

责编:梁爽
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