无人机飞行控制技术

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1、无人机飞行控制技术方舟航空学院10/12/2008无人机的军事需求无人机比有人飞机更具优势的特性包括：在克服枯燥方面，机器比人具有更长时间的灵敏性；对于应付放射性侵害和危险方面，免使执行任务人员受到核辐射伤害；在侦察方面，采用无人机的政治和人员风险更低，任务的成功几率更高。更低的负面风险和更高的任务成功率是继续扩展无人机系统的两大推动力。——美国国防部无人机在美国的发展现状美国国防部将无人机系统分类为大型无人机系统；概念探索无人机系统(用于开发新的技术或作战概念)；特种作战无人机系统(只装备特种作战司令部)；小型无人机系统(可由l－2人操作的迷你型或微型无人机系统)无人飞艇

2、(包括浮空器和软式飞艇)。到2004年月，美国已经装备20多种无人机，总飞行时间已经超过10万个飞行小时。执行的任务不仅仅是侦察，还涉及到对地攻击、部队防护、以及信号收集等。在成本上，从几千美元到几千万美元不等在重量上，既有重量不足1磅的微型飞行器，也有重量超过4万磅的大型飞机。目前每年无人机系统的市场份额为27亿美元。大型无人机系统：捕食者MQ-磅MQ-磅机长26.7英尺翼展48.7英尺总重2250磅有效载荷450磅燃油载荷665磅燃料类型航空汽油发动机型号Rotax914F功率115马力数据链类型超视线频段Ku波段视线C波段续航时间>24小时(无外挂)/14小时(带外挂

3、)最大/巡逻速度118/70海里/小时升限25000英尺使用半径500海里起飞方式跑道降落方式跑道传感器类型光电/红外传感器型号雷神AN/AAS-52合成孔径雷达诺斯罗普·格鲁门AN/ZPQ-1“火线哨兵”（FireSscout）RQ-8BRQ-8B机长22.9英尺翼展27.5英尺总重3150磅有效载荷600磅燃油载荷1288磅燃料类型JP-5/JP-8（航空煤油）发动机型号罗尔斯·罗伊斯250-C20W功率420轴马力数据链类型视线指挥与控制频段Ku波段/超高频视线视频Ku波段续航时间>6小时最大/巡逻速度125/0海里/小时升限20000英尺使用半径150海里起飞方式垂

4、直降落方式悬停传感器类型光电／红外／激光指示器／测距仪传感器型号FSIBriteStarII已交付5架／己计划采购192架武装到班一级的迷你型：“指针”自1989年以来，海军陆战队、陆军和空军已采购了大约100架以电池为动力的、手持式发射的FQM-151“指针”无人机。这些飞机曾在海湾战争中使用，最近又在“持久自由”和“伊拉克自由”作战行动中使用。未来的空战主导者：无人战斗武装旋翼机无人战斗武装旋翼机是国防高级研究计划局与陆军的联合项目，其目标是演示一种可作为未来部队构成、能有效且经济地执行武装侦察和攻击任务的智能垂直起降无人机的技术可行性、作战价值和军事效用。该项目己开

5、始开发，设计，整合和演示关键与赋能技术。例如：自主与协同作战、低高度自主飞行、生存力及目标瞄准／武器投射。2010年之前将转为陆军的采办项目。无人机发展的趋势美国认为，新一代的无人机系统应该具备续航时间长、拥有隐身能力、可进行空中预警以及作战能力。对导航、制导及控制存在以下需求：要求飞控系统具有在高速、高机动性条件下的控制能力。要求无人机的“看见”和自主躲避其他飞机的能力，提供与有人系统相当的安全水平。改进无人机的抗恶劣天气的能力，以提高其任务可用度和任务效能。未来将成为空战的主导力量；今后十年的年均市场份额将高达83亿美元。对导航、制导及控制提出的挑战上表是美国对无人机自

6、主水平提出的10级标准，这是对控制提出的极大挑战！美国现役的无人直升机“火力侦察兵”的自主水平为3级：即具备容错控制和自适应控制的能力。无人机发展趋势对飞控提出的新挑战无人机的发展趋势：高空/高速/长航时（>30000m/>0.7M/>30h）视距内无线电操纵→超视距遥控→全自主导航飞行对飞控提出的新挑战：精确制导与控制智能化：路径在线规划、编队协同等系统低成本、低功耗与小体积的同时保证高可靠性飞控系统构成在现代无人机系统中，整个飞控系统成本构成整机成本的70%以上！机上飞行控制系统从功能上可以分为三个子系统：导航子系统：给出位置/速度/姿态信息制导子系统：处理导航/惯性参

7、考轨迹数据，给出航点设定信息控制子系统：运算产生舵面信号，调整无人机的姿态达到设定值上述三个子系统在逻辑上构成闭环。无人机飞控关键技术先进控制技术传感器技术通信技术美国“捕食者”无人机我国“长空一号”高速无人机无人机控制技术经典飞控控制律设计方案：在飞行包线内的几个特定状态线性化飞行动态模型，针对每一飞行状态设计线性控制器，然后利用差值策略将不同的工作点的设计综合起来。优点：简单实用、有成功应用的先例缺点：理论上无法保证全局的稳定性、鲁棒性和性能最优。传感器技术传感器系统的成本占到飞控系统成本的70%以上。功能：通