无人机技术

关键词：

无人机技术（精选十篇）

无人机技术篇1

现在, 出现了使用光学元件和信号处理技术, 结合先进电源管理将接近测量范围从厘米级扩展到米级的To F解决方案, 可供无人机制造商使用。这有助于无人机制造商开发新的设计, 延长电池寿命和降低无人机在飞行过程中撞上其他物体的可能。

Intersil擅长于提供用于最具挑战性应用的电源管理解决方案。Intersil具备将技术应用于航天领域的悠久历史, 拥有开发用于极端恶劣环境的IC解决方案的核心能力。电源管理技术专长——包括用于管理中央处理器和外设——非常适合这些耗电、便携的无人机应用。其实就是一个飞行计算机, 更先进的无人机使用多个处理内核和Intersil的电源管理解决方案, 以确保实现最高的电源效率。对于小型无人机, Intersil的超紧凑降压-升压技术提供小尺寸和功率节省, 这对满足客户的飞行时间要求至关重要。光学元件与Intersil的电源管理和To F传感器技术相结合, 为无人机制造商提供了完整、低功耗的目标物检测与测距解决方案。

高密度转换器模块可使无人机电源解决方案的重量更轻、体积更小

在讨论无人飞行器 (无人机) 应用时, 考虑解决方案的最关键因素是SWa P (S:体积;W:重量和P:功率密度) 。高密度转换器模块可使电源解决方案的重量更轻、体积更小。高效率转换器模块可以使电源的寿命更长、热耗散更低并能避免大而重的冷却设备。Vicor拥有采用突破封装 (如:Chi P、Si P、VIC) 的高效率、高密度转换器模块的很多选择 (例如:PRM、VTM、DCM) , 包括隔离和稳压式D C - D C转换器模块系列、 D C - D C转换器模块 (DCM) 、封装在转换器级封装 (Chi P) 的器件, 都能以93%的峰值效率提供600瓦的输出功率 (最大) , 其封装为4623 Chi P (1.886” × 0.898” × 0.286”, 1.03盎司) , 功率密度为1239 W/in3。

无人机制造技术描述篇2

一、概述

不久将来，无人飞机将大量列装各发达国家军队。一种超轻质无人机整体设计和制造技术加快了这一进程：SLS－NK 一体化制造超轻质无人飞机技术。

现代飞机要做到材料无余量设计，要求根据飞机机体各部分承重受力连续性变化对应轻质材料也同步连续性变换密度，且机体在满足力学指标前提下材料无余量，到达重量最轻（材料相对有效密度最小）目的。

实现减重的传统镂空成规则的等密度蜂窝结构的方法，称为无序结构；我们发展的是一种有序结构：构造千变万化的微结构在保持低密度的前提下内置的几何体从微米级变换到毫米级。这类材料我们称为微珩架构材料。实现微珩架构的材料有高分子复合材料、金属材料、陶瓷材料；制造这类材料的技术采用不同技术有不同的效果，传统的延用金属发泡、塑胶发泡的做法只能制作有限结构和性能的产品；本公司采用激光分层制造方式能制造所有类型的微细结构并实现产品的宏观性能，如与其它结构的航空部件比较：

相同的体积和相同的多约束条件下，产品重量最轻；相同的产品重量，在相同的多约束条件下，体积最小；这套先进的无人机设计制造技术分解为四大部分：

1、微珩架构设计和力学仿真

2、激光快速分层制造塑胶机体和组件，制造飞机骨架结构

3、在塑胶表面选择性沉积金属实现电子化皮肤

4、在骨架内部灌注功能组份我们称为UV－Hs技术

二、技术描述

1、微珩架结构设计和力学仿真

根据无人飞机对结构和材料的性能和功能的特殊要求，发展了一系列新的设计软件工具和理论，帮助设计人员发现、认定和提出超轻质高强韧结构的新构型。使填充的微细结构充分发挥材料的特性，从而在满足型号要求的性能和功能的同时达到飞行器总体和部件减重的目的；

（1）为此，本公司建立了各种对应整体结构的轻质和特殊力学要求微细几何结构参数描述方法、微细结构参数与宏观性能之间的依赖关系、微细结构组成阵列跨尺度的力学性能等各类数据库，连续均匀化载荷的变化对应微细结构几何拓扑变化的关系，并通过材料的微观构型和产品结构的宏观构型的同步设计，达到材料和结构几何的合理配合，提高结构性能、减轻重量。例如：借鉴这些材料的微细结构，设计满足特殊功能要求的新的超轻质材料和结构。不同分形维数和几何结构的微单元具备不同的抗压、抗拉、弯曲模量和伸长率，也对应不同的有效密度，由这些微单元填充的飞机组件具备超轻质特征和优异的力学性能。图示如下：

针对受弯和受压、受拉结构找到了与上述单胞型式等效的最小重量单胞设计。

可以填充如下几何结构的单胞：

（2）我司通过理论分析、数值计算和试验，编制了相应的计算软件，在机体部件载重比、位移方向、动力特性、应力等多约束条件下来直接映射出机体内部几何结构，并可以根据仿真的结果来优化机体部件中的微单元的几何拓扑。

2、激光快速分层制造塑胶机体和组件，制造飞机骨架结构

在解决了飞机机体结构的设计之后，我司实现了材料和结构的可制造性，在激光快速分层制造设备中编制了专门的软件，对材料成型的参数进行预补偿。使得困扰飞机制造业的难题：可设计但是无法制造得以革命性的突破！从三维图纸到产品无模具的、批量的，得以在24小时出厂。彻底解决了困扰行业界的大批量可制造难题,且很好的降低了制造成本，可以形成年产5000架不同型号无人机的产能。

我司组合国内和德国、美国设备，自行编制了系列加工软件，并具备制造生产特殊飞机型号（超大无人机）专用设备的能力。

3、在塑胶表面选择性沉积金属实现电子化皮肤

无人飞机采用高分子材料来做机体，高分子材料表面选择性的沉积精密和紧密金属，进而把天线等器件直接装配在飞机表面，再喷涂吸波和透波材料，构成飞机电子皮肤技术，是国际上正在研究的课题。我司突破了关键技术，直接可以完成整套工艺流程。产品图片见：

从此，飞机中的GPS、遥控收发天线等省略了印制电路板、螺丝或者胶水，直接在机体表面沉积，构成曲面的电子皮肤层。具有共形设计、一体化、相比传统的材料和工艺更轻质、可靠性高等系列优点。

4、在骨架内部形成功能层

在空隙率大的机体内部可以整体形成油管、油箱和加强力学指标的后期灌注凝固而成的超弹性材料管路，信号管路等结构。

例如：

总之上述无人飞机设计制造整套技术集成了最新的材料科学、数学、软件、激光、精密机械等等领域最新技术。可以建立一条龙的批量的、个性化（每一架飞机都不一样）的、快捷的、廉价的制造基地。

飞蛾寻偶或将启发无人机技术篇3

该科研团队的模拟数据基于对舞毒蛾行为习性的观察以及风洞试验。在模拟环境中，他们设定了自然的风向和纤细的信息素，并讓100多个虚拟飞蛾同时在一个没有边界的环境中各自寻找气味——这在实地条件下很难直接观察并测量。

模拟实验表明，那些被设定去寻找信息素的无人机没有必要对风向进行探测。“我们的模拟表明，随机游动，也就是随机跟着风向前进并偶尔调整方向是发现信息素最快捷的方式，这也很可能就是飞蛾寻偶的路径。”卡德表示，这种策略最容易找到信息素，而且这一结论与之前他们对飞蛾的观察结果相匹配。之前研究证明，侧风飞行并不像预测的那样是最佳飞行方式，而顺风则是最不容易成功的方式。

无人机自组网技术研究篇4

关键词：无线自组网,动态拓扑,安全策略

0 引言

无人机(UAV)是目前迅速发展的高技术之一,尤其在特殊领域里的应用更是今非昔比。因为无人机相对有人机来说具有结构简单、造价低廉、不需要传统意义上的飞行员等许多优点,特别是在对有人机来说是高危险性的区域(生物、化学、甚至是核环境下的应用等),更是让有人机望尘莫及。

无人机从投入使用到现在基本上是单飞单控的,这一方面是由于技术的原因,另一方面也是因为没有这样的需求而造成的。随着无人机在各种领域的应用发展,在一些复杂场合单机应用不再适合,需要有机群编组和协同去完成较为复杂的任务,这就要求无人机系统要从目前的单飞单控变为多飞单控或者多飞多控,组成无人机自组网。

1 无线自组网原理

无线自组网使用无线通信技术,网络中的每个节点都带有收发信机,构成一个无中心、多跳、自组织的网络。无线自组网采用分布式控制,网络中的节点同时具有主机和路由器的功能,可以不依赖预先存在的网络基础设施而快速展开,自适应组网,各节点可在不进行通知的情况下自由进入网络和脱离网络且不会导致整个网络陷入瘫痪。网络的节点结构不仅具有移动终端的功能,还要完成路由器的功能。因此,网络节点通常包括主机、路由器和电台3部分。

与传统通信网络相比,无线自组网具有无集中控制、自组织性、动态变化的拓扑结构、多跳路由、特殊的无线信道特征、移动终端的有限性和安全性不足等显著特点。尤其是在安全性方面,由于无线网络的广播式信道,外部攻击者更易于在物理层上进行窃听、欺骗和拒绝服务等攻击。这些特点使得无线自组网在体系结构、网络组织和协议设计等方面都有普通的蜂窝移动通信网络和固定通信网络有着显著的区别。

在现有的无人机中,每架无人机都装配有主机和电台,所以只需增加路由器和相关算法,即可将无线自组网技术应用在无人机系统中。无人机自组网的基本思想就是将组成无人机网络的每一架无人机所获得的信息通过无线网络达到实时的共享,从而极大地提高无人机系统对信息的处理速度,提高对特殊情况的响应能力,这样无人机就可以更加有效更大限度地利用获得的信息资源,大大地提高无人机在实际应用中的工作效率和生存能力。

2 关键技术

2.1 路由技术

无线自组网内各节点通过多跳无线链路实现相互间的通信。整个网络没有固定的基础设施,比如基站。网内每个节点都可作为路由器,向其他节点转发数据。开发一种能有效地找到节点间路由的动态路由协议就成为无线自组网设计的关键。因此这种路由协议需要能够实现以下的功能:

① 能感知网络拓扑结构的变化。因为无线自组网需要进行多跳通信,所以路由协议必须确保路径中的链路具有很强的连接性。无线自组网中的节点必须知道它的周围环境和可以与它直接进行通信的节点。无线自组网提供网络连接的方法主要有2种:平面路由网络结构和分层路由网络结构。在平面路由网络结构中,所有的节点都是平级的,分组的路由是基于对等的连接。但是在分层路由结构中,较低层至少要有一个节点作为与高层联系的网关;

② 维护网络拓扑的连接。因为每个节点的相对位置都可以随时改变,所以网络拓扑是频繁变化的。路由协议为了维持节点之间的链路具有较强的连接性,必须动态更新链路状态和对自己重新配置。如果采用中心控制的路由算法,为把节点链路状态的改变传送到所有的节点,就会消耗过多的时间和精力,显然是不适合的。所以要采用一种全分布式的智能路由算法;

③ 高度自适应的路由。相对于有线网络里的静态节点,无线自组网要求一个高度自适应的路由机制,来处理快速的拓扑变化。而传统的路由协议,如距离矢量和链路状态算法,要求在指定路由器间交换大量路由信息,因此在无线自组网里都不能有效地工作。所以针对无线自组网的特点,提出了新的路由算法。总地来说,这些路由算法可以分为3种类型:表驱动算法、需求驱动算法、表驱动和需求驱动算法相混合的算法。表驱动路由协议采用周期性的路由分组广播,来交换路由信息,每个节点维护去往全网所有节点的路由;需求驱动路由协议是根据发送节点的需要,按需进行路由发现过程,网络拓扑结构和路由表内容也是按需建立的,所以其内容可能仅仅是整个网络拓扑结构信息的一部分。

2.2 安全问题

由于无线自组网的独特性,设计这种网络结构面临的一个主要挑战就是它易受到安全攻击,比如受到窃听、伪造和拒绝服务等攻击。在无线自组网中没有控制中心,所有节点都是移动的,网络的拓扑结构动态变化。节点间通过无线信道相连,没有专门的路由器,由节点自身充当路由器,同时也没有命名服务和目录服务等网络功能。这就导致了在传统网络中的安全机制不再适用于无线自组网,所以应提出专门针对无线自组网的安全机制。可用的安全策略有:

① 基于口令的认证协议,它与传统的口令认证不同的地方是密钥和口令的产生是由多个节点决定,而不是集中由一个节点产生,并且还提供了一种完善的口令更新机制;

② “复活鸭子”的安全模式,其原理是基于鸭子破壳后会把它看到的第一个移动生物视为母亲,采用同样机制,移动节点会把第一个给它发送密钥的节点作为密钥的拥有者并接受拥有者的控制,但仍可以与其他节点通信,依此来限制信息的传播范围;

③ 异步的分布式密钥管理,它提出密钥管理服务是由多个节点(一个集合)来管理,而不是单个节点来管理。

3 路由协议设计

对无线自组网中理想路由协议总的要求是应当满足以下6个方面的要求:

① 分布式操作。对于集中式路由协议,通常存在一个中心节点,收集整个网络拓扑结构,计算全网的最短路由,并将结果分发到其他节点。这种机制难于适应动态变化的移动自组网,且开销过大。其次,作为移动自组网的重要应用背景,无人机系统要求很高的鲁棒性,所以理想路由协议应当采用分布式操作;

② 提供无环路由。这一点是路由协议应当具备的基本特征。路由协议主要通过以下机制保证这一点:使用有目的节点产生的路由序号机制,反映路由状态的新旧程度;使用路径发现算法;使用源路由机制;使用面向目标的算法;③ 可扩展性。无线自组网本身具有组网灵活的特点。在该网络的应用过程中,随时可能有新节点加入和推出。为适应无线自组网的发展,对路由协议进行设计时必须对其可扩展性进行适当考虑;

④ 对单向信道的支持。在无线自组网络中可能存在单向信道,对路由协议的设计仅满足双向链路的需求是不切实际的。要全面考虑该环境下路由协议的应用,所设计的路由协议应能支持单向链路;

⑤ 按需进行协议操作。定时周期性地对网络信息进行不断更新必将带来大量网络开销。按需操作这种驱动方式在很大程度上解决了这个问题,也是将来无线自组网环境下路由协议的发展方向;

⑥ 提供安全机制。路由协议通过交换拓扑信息建立去往网中各个节点的路由。攻击者对这些没有受到保护的路由信息可进行各种形式的攻击,因此须对路由协议加以改进以适应安全需求。可采用上文提及的安全策略防止来自网络内外部的攻击。

4 国外研究情况

无线自组网起源于美国“在战场环境下采用分组无线网进行数据通信”项目,后经扩展,能够支持大型网络,并适应快速变化的战场环境。

近年来随着无线移动通信和移动终端技术的高速发展,无线自组网得到了充分的发展。当前无线自组网的研究主要集中在美国,欧洲也开始考虑将其作为中继,用以扩大第二代及第三代移动通信系统的覆盖范围和提高在网络或链路发生故障时系统的鲁棒性。

5 结束语

无线自组网作为一种实用的网络通信技术,许多领域都在研究和应用,特别是在飞行器领域具有明显的优势。文章讨论自组网技术应用于无人机系统的思想和关键技术,为无人机系统做出了有益的探讨,并提出了一种比较理想的路由协议。

参考文献

[1]郑少仁,王海涛,赵志峰,等.Ad-Hoc网络技术[M].北京:人民邮电出版社,2005.

[2]陈明辉.无人机组网及网络信息共享的研究[D].南京:南京航空航天大学,2005:6-8.

无人机应用技术专业论证报告篇5

论证报告

二〇一八年一月

开设无人机应用技术专业论证报告

一、增设无人机应用技术专业的必要性

利用无线电遥控设备和自备的程序控制装臵操纵的不载人飞机，也叫无人驾驶航空器，简称“无人机”。随着我国国民经济的迅速发展和低空空域的逐步开放，无人机应用除军事用途外，在民用领域的应用也越来越广阔。民用无人机制造业是近几年快速发展的新兴产业，在国民经济和社会生产生活中正发挥越来越重要的作用。是我国为数不多的能引领全球发展水平的高科技产品之一，已成为中国制造的新名片。由于无人机具有运行成本低、无人员伤亡风险、机动性能好、可进行超视距飞行、使用方便高效等特点，目前已被成功应用于个人消费、影视航拍、测绘航测、电力巡检、应急救援、农林业植保、物流运输、商业表演等领域，越来越多的行业正在用无人机取代传统的工作方式。

2017年12月22日，工信部发布《关于促进和规范民用无人机制造业发展的指导意见》，全面贯彻党的十九大精神，深入贯彻习近平新时代中国特色社会主义思想，认真落实党中央、国务院决策部署，坚定不移贯彻新发展理念，以推进供给侧结构性改革为主线，深入实施《中国制造2025》并提出发展目标，到2020年，民用无人机产业持续快速发展，产值达到600亿元，年均增速40%以上。到2025年民用无人

1800亿元，年均增速25%以上。产业规模、技术水平、企业实力持续保持国际领先势头，建立健全民用无人机标准、检测认证体系及产业体系，实现民用无人机安全可控和良性健康发展。

《意见》指出：支持有条件的职业院校设立无人机相关专业，建立多层次多类型的无人机人才培养和服务体系。鼓励职业院校和企业合作，创新人才培养机制，加快培育无人机关键技术、安全管控等急需紧缺型专业人才，构建具有竞争力的高端人才队伍。

在航空装备无人化、小型化和智能化的趋势下将大力促进无人机的研发、制造、销售、乃至“飞手”人才市场的快速发展，也加剧高薪“飞手”的稀缺。但是，近年来民用无人机应用领域日益广泛。无人机航拍技术既可应用于“兴地睦边”、“低丘缓坡”及地理国情普查与监测等重大项目，同时无人机在应急救援中的作用也越来越明显，为灾情评估、辅助决策、隐患排查等提供了科学直观的依据，有助于迅速、准确处臵灾，体积越来越小的无人机逐步民用化，于是很多消费级客户就把它当成玩具一样，在没掌握飞行技巧且不懂工作原理的情况下就敢随意起飞，甚至有时候在人群密集或者敏感地区飞行，从而导致事故发生。市场不缺那种只会推油门起飞无人机的低端飞手，缺的是能熟练操作无人机、在出现紧急情况时能救下飞机、在飞机出现故障或损坏的人才缺口。

所以，高级技工学校、技师学院以及其它具备条件的职业院校中开设无人机应用技术专业，培养技术人才，既是当今社会对高技能人才的需求，也是国家经济振兴的重要举措。

0439 无人机应用技术 0439—4 中级专业编码：0439—4 专业名称：无人机应用技术

培养目标：培养从事无人机飞行操控、飞行器维修养护的中级技能人才。

学习年限：3年（初中毕业生），2年（高中毕业生）职业能力：

具有积极的人生态度、健康的心理素质、良好的职业道德和较扎实的文化基础知识；具有获取新知识、新技能的意

能适应不断变化的职业社会；了解企业生产流程，严格执行设备操作规定，遵守各项工艺规程，具有安全意识，重视环境保护，并能解决一般性专业问题。同时具有下列专业能力：

1．能读懂无人机设备的机械结构安装图和电气原理图。2．能应用至少一种主流设计软件（Solid Edge、Solidworks、Inventor等）进行无人机造型与简单结构设计。

3．能使用3D打印机加工无人机简单零部件。4．能进行无人机的基本组装和一般功能扩展组装。5．能对主流飞控系统、导航系统、通信系统、荷载系统进行简单调试。

6．能熟练操控几种常规无人机。

7．能对无人机进行日常维护保养，检测并处理简单的机械和电气故障。

对应或相关职业（工种）：无人机测绘操控员L（4—08—03—07）、制图员（3—01—02—07）

职业资格：专业主要教学内容：

CAD、机械基础、电子技术基础、空气动力学、遥控技术、飞机原理与构造、飞行力学、无人机飞控系统调试与排故、模拟飞行实训、无人机装配实训、无人机操控模拟实训、无人机操控实训等。

对应上一级专业编码：0439—3

0439—3 高级专业编码：0439—3 专业名称：无人机应用技术

培养目标：培养从事无人机飞行操控、飞行器维修养护的高级技能人才（高级工）。

学习年限：2年（本专业中级层次毕业生），3年（高中毕业生）

职业能力：

具有积极的人生态度、健康的心理素质、良好的职业道德和较扎实的文化基础知识；具有获取新知识、新技能的意识和能力，能适应不断变化的职业社会；熟悉企业生产流程，遵守各项工艺规程，重视环境保护，并具有独立解决非常规问题的基本能力；能指导他人进行工作或协助培训一般操作人员。同时具有下列专业能力：

1．能读懂无人机设备的机械结构安装图和电气原理图。2．能应用至少一种主流设计软件（Solid Edge、Solidworks、Inventor等）进行无人机造型与结构设计。

3．能使用3D打印机加工无人机零部件。4．能进行无人机的基本组装和功能扩展组装。5．能对主流飞控系统、导航系统、通信系统、荷载系统进行调试。

6．能熟练操控多旋翼、固定翼和直升机等无人机机型。7．能对无人机进行日常维护保养，检测并处理常规机械和电气故障。

8．能将无人机运用于农林植保等行业，进行航拍、航测。

对应或相关职业（工种）：无人机测绘操控员L（4—08—03—07）、制图员（3—01—02—07）

职业资格：

机械识图与CAD、机械基础、电子技术基础、空气动力学、遥控技术、飞机原理与构造、飞行力学、无人机导航原理、无人机飞控系统调试与排故、航模制作与飞行、模拟飞行实训、无人机装配实训、无人机操控模拟实训、无人机操控实训、无人机机载设备应用实训等。

无人机技术篇6

危急关头实现“盲操作”

俄罗斯《航空港》称，根据中国官方媒体公开的信息，通过长期的训练和演习，解放军无人机操作员的技术提升非常明显。一次演习中的事故处理充分体现出这一点，当时解放军的操作员操控无人机完成远程战场侦察后，引导无人机返航。但这时显示屏一片雪花，监测无人机飞行状态的视频信号中断。操作员马上回想无人机最后的飞行姿态，然后发出“定向”、“平飞”等一连串指令。最终这架无人机从100多千米外由“盲操作”飞回基地，可见操作员技术之娴熟。

美联社称，中国在大力发展无人机的同时，其操作员培训系统也在不断完善，不仅引进了接近美军水平的模拟训练装备，还在训练方法上寻求突破。这使得操作员的稳定性和应对突发情况的能力得到增强。

《航空港》指出，中国利用无人机构筑防空网，也体现出操作员的高超技艺。解放军预警雷达、战机和地空导弹可构筑坚实的防空盾牌。但这面盾牌对于低空飞行的小型目标作用不大。为此，解放军设立了无人机拦截低空目标的项目，该项目已经通过验收。在相关演习中，小型靶机从低空逼近目标建筑物，解放军无人机便弹射升空，操作员操控无人机紧跟不断变换飞行轨迹的靶机，并在最佳时机弹射拦截网，将靶机一举捕获。

美“电游式”训练法有弊端

《航空港》强调，无人机近年来一直被五角大楼视为“美军的骄傲”，因为它们能远离本土上万千米，把伊拉克和阿富汗战场的情报实时传回指挥中心，并随时为部署在那里的部队提供作战支援。但事实上，美军无人机操作员所面临的问题越来越严重。

美联社称，近几年来，美军平均每年会发生约6起重大无人机事故，每起事故造成的损失都在数百万美元。自2012年以来，美军已有7架“捕食者”无人机坠毁。美国空军的研究人员发现，坠毁的无人机不只掉在战区，有的还在敌后（如塔利班武装分子控制的阿富汗山区）坠毁。这意味着每当无人机坠毁，美国空军的战斗轰炸机就不得不立即出动，搜索坠毁的无人机，并在必要时将它们炸毁，以免“美国高端无人机技术落人敌对武装之手”，这又增加了无人机事故所造成的损失。

《航空港》认为，训练不足是美军无人机操作员失误频发的主要原因。早期“捕食者”无人机的照相机与导弹操作员往往具备中等军衔，并且执行过两次以上的战区任务。而现在有一半以上的照相机与导弹操控员接受新兵训练后就直接上岗，没有丝毫实战经验。

美军432联队指挥官克里斯·钱伯利上校指出，许多照相机和导弹操作员其实还是20岁出头的“孩子”，而操控无人机飞行的军官也不如以前的人有经验。

更要命的是，美军年轻的操作员甚至把无人机这种武器当成电子游戏来“玩”，美军“电游式”培训的弊端显露出来，操作员“游戏习气”难改，经常有强行操作的情况出现，这是事故多发的一个重要原因。例如，明明知道某种情况下无人机不能降落，要多盘旋一圈，可好胜心以及玩电子游戏的经验让这些年轻人不管不顾，于是强行降落，其结果不是导致无人机坠毁，就是损坏机上的侦察或武器设备。

（防务观察）

小无人机系统总体技术探析篇7

本文介绍的是一种弹载的小无人机系统, 是一种集无人机无消耗发射、信息获取、传输、接收乃至攻击为一体的前方智能武器系统。由于它采取了炮射方式, 有效克服了飞行航程、飞行天候、发射区域等不足, 延长了无人机在目标区域上空的时间;由于它是弹载的, 机身较小, 其隐蔽性增强, 战场生存能力进一步提高;它执行完任务后, 还可以回收, 多次使用。因此研究其工作过程, 分析其关键技术是十分必要的。

1 小无人机系统的组成及工作过程

小无人机系统的结构同子母弹一样, 母弹包括弹体、时间引信、抛射结构、减速装置、小无人机及辅助装置等。其中小无人机是核心。

小无人机系统的整个工作过程为:母弹由制式火炮平台发射, 其火炮射击诸元和引信装定的操作与普通弹丸相同。母弹经无控弹道飞抵目标上空后, 延时引信发挥作用, 自动启动抛射结构, 并抛出小无人机。当小无人机从母弹中抛撒出来后, 减速伞从无人机尾部的伞舱内抛出, 无人机在减速伞的作用下趋于稳定, 此时无人机通过自控装置自动启动, 脱开减速伞目标区域上空飞行, 执行作战使命。执行完作战使命后, 适时选择无人机的预定区域回收或自毁。

2 小无人机的关键技术

2.1 机体结构设计和材料技术

机体结构设计包括飞机结构强度研究与全尺寸飞机结构强度地面验证试验, 要能承受较大发射和过载抛射。材料技术涉及机体材料 (包括结构材料和非结构材料) 、发动机材料和涂料, 其中最主要的是机体结构材料和发动机材料, 结构材料应具有高的比强度和比刚度及良好的可加工性。

2.2 隐身技术

针对高技术防空武器的不断涌现, 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。通常, 无人机机体表面采用降低雷达反射信号波能量的复合材料构造, 使用雷达吸波材料。

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。

2.3 飞行控制技术

飞行控制技术包括传感技术、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。并且无人机要在在预装控制程序的基础上, 通过自控装置自动启动。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。

2.4 弹道设计技术

将无人机较精确地送抵预定目标区域上空是保证完成作战使命的关键一环, 因此要通过准确的内外弹道设计, 使无人机在准确的时间和位置开仓抛撒。这就涉及到建立内外弹道模型, 设计好发射初速、射角、射向、开仓时间和抛撒速度;选择好合适的开仓抛撒技术;设计合理的减速伞;建立伞弹运动模型等。

3 小无人机的发展趋势

1) 增加母弹种类。根据火炮 (或火箭炮) 的射程、口径的不同及目标区域, 设计相应的小无人机。

2) 提高炮射投送距离。因为受火炮射程的限制, 对于远距离侦查, 可以采用弹药增程技术, 提高炮射投送距离。

3) 隐身化。各种先进雷达的部署让不具备隐身能力的战机面临巨大的风险。选择菱形布局, 同时尽量减少机体表面缝隙, 机体全部采用具有隐身性能的复合材料, 使雷达反射截面积极小而达到隐身目的。此外, 无人机还通过超加速升降、倒飞、急转弯等机动方式增强其隐蔽性。

4) 研发新的无人机空中稳定装置。由于无人机要实现空中稳定后通过自控装置自动启动, 对稳定的要求很高, 因而研发新的无人机空中稳定装置也是发展方向之一。

4 结束语

随着研发能力的不断增强及小无人机系统自身功能的不断完善, 无人机将从过去的作战支援装备, 逐渐升级为能执行压制敌防空系统、对地攻击、拦截导弹等的真正的作战装备, 给未来的防空作战带来更大的挑战。弹载小无人机系统, 是一种集无人机多项技术为一体的前方智能武器系统, 必将发挥越来越广泛而重要的作用。

摘要：本文介绍了小无人机系统的特点, 以某型小无人机系统为例, 简述了小无人机的组成及工作过程, 并对其关键技术进行了详细分析, 最后提出了它的发展趋势和展望。研究结果对小无人机的总体设计具有工程应用价值。

关键词：小无人机,精确布撒,伞弹系统,飞行控制

参考文献

[1]王利荣.降落伞理论与应用.北京:宇航出版社, 1997.

[2]赵新生等.新弹种弹道与射击效率评定.北京:兵器工业出版社, 2000.

[3]谭和林.多管火箭末敏弹系统弹道特性分析.南京理工大学硕士学位论文, 2006.

[4]刘世平, 韩子鹏.末敏弹旋转伞-弹系统阻力模型研究.兵工学报 (18) , 1997.

[5]杨启明.子母弹飞行动力学.北京:国防工业出版社, 1999.

农用植保无人机喷洒技术的研究篇8

起飞时不需要跑道是无人机的显著特点之一。这种特有的飞行模式是其他飞行器不能相比的。美国现在已经对无人机展开了研究, 尤其针对航空如何更加有效喷洒农药方面的探寻。20 世纪90 年代初日本就利用遥控直升机, 对农田作物、蔬果等其他植物的病虫害进行防治。农作物质量的把关、肥料的合理使用得到了很好的实现。此外日本的山叶公司将第一架无人机推向了市场, 主要用途为喷洒农药。无人机具有体积小, 易于操控以及能喷洒均匀的特点收到广大农业者的欢迎。为了能更好适应现在的农业模式, 研究无人机喷洒的技术是十分必要的。

1 对无人机喷洒技术的理论研究

1.1 液滴雾化

现在无人机喷洒技术的研究发达国家主要在2 个方面展开深入研究, 分别是研究雾滴的沉降规律, 通过建立雾滴分布数学模型以及如何精确应用GPS导航系统在防治病虫害时喷洒农药达到最大防治效果防治出现漏喷和重喷的情况。现在主要有2 种喷头雾滴雾化的方式, 液力式雾化以及离心式雾化。离心式雾化最主要是可以减轻整个喷洒设备的重量, 便于操作喷洒农药, 这是无人机最常采用的雾化喷头。原理是利用无人机上的发电机供电给喷头电机, 农药液得以通过离心力甩出去, 雾滴得以形成。通过调节喷头转速可以轻松改变雾滴的大小, 改变喷头转盘结构也是可以达到这个目的的。无人机飞行时的气流速度, 外界大气流情况都将对雾滴下落的情况造成影响, 农药喷洒的区域范围也将有改变, 最终体现在对病虫害的防治效果上。因此需要对雾滴在无人机喷洒后的路径以及运动状态做进一步研究, 在对液滴雾化方面的探究将对未来喷洒农药方面有很大的帮助。

1.2 运输及沉降过程

雾滴在滴落以及沉降运动过程中有不确定性, 像复杂的空间气流运动, 会使得雾滴之间相互激烈碰撞融合, 这让雾滴运动具有很多种随机情况。所以要得到空气流场中雾滴的均衡流动状态, 建立雾滴流场的数学计算模型是十分必要的。研究员一般在实验室中通过一些专业软件来模拟喷雾的全过程。计算机模型能够对飞行器航空喷雾的全程进行生动模拟, 雾滴沉降效果如何受风速、雾滴蒸发速度、空间气流实况等因素的影响都可以进行研究分析。AGDISP这种计算机模型加拿大将其应用于如何保护植物方面, 美国则通过输入无人机喷嘴间距、雾滴质量等相关参数以及现场大气风速、温度等数据科学计算出雾滴的沉降量, 对于后续研究如何更好精确喷洒农药起到重大作用。

1.3 气候条件对喷洒的影响

提高雾滴喷洒准确率的关键之一是把握好喷雾时间, 不同的地形地势会影响喷洒的最终效果。不仅如此, 无人机机翼旋转产生的气流, 喷洒作业产生的热量, 不确定的风速都会影响雾滴落在农作物上的区域范围。如何最大程度减少农药液的飘散和挥发损失是需要着重研究的。目前研究表明当大气温度高于28℃时就需要适时停止喷洒操作, 以减少不必要的损失。相关资料表明雾滴的漂移量与风速状况呈线性相关, 影响雾滴的水平运动最关键要素是风速和风向, 随着风速的加大雾滴的漂移量也增多。此外美国学者研究指出新的喷雾技术研究发展控制农药漂移关键, 雾滴的大小需要结合大气温度, 风速各方面综合考虑得出结果。为了合理有效控制雾滴漂移, 最大程度利用农药, 需要对气候加强研究, 因为喷洒过程本身存在很多随机性, 研究气象因素对喷洒效果的影响是极为必要的。

2对无人机喷洒技术的应用研究

2.1 制定无人机喷洒技术操作规程

无人机需要在应用上开展研究, 上文对无人机的喷洒技术在理论试验上进行了探讨, 可以知道还存在许多需要解决的问题, 但是任何一项技术不能因为理论和试验上的不完善而不考虑应用问题。在国外无人机喷药技术水平得到很大提高, 但就目前而言规范化的操作流程还没完全形成。无人机的飞行安全需要得到保障, 还需减少喷洒农药过程中会对环境人畜造成的不必要伤害, 为此亟需制定规范的操作准则来解决这些问题。联合国粮农组织发布的《飞机施用农药的正确操作准则》里面有很多可以参考借鉴的条例, 可以根据实际情况进行筛选调整。未来无人机喷洒技术很有可能在我国农业防治中普及应用, 因此有关部门需要制定相应的无人机喷洒准则, 这样既可以保证操作人员的人身安全也可以使得喷洒效果得到最大体现。

2.2 强化无人机喷洒装置部件的研究

根据场地选择正确的无人机型号进行喷洒作业是十分重要的。我国现在主要用的无人机农药喷洒型号是Z-3, 天鹰-3 等。与国外的无人机操作员相比国内的数量相形见绌。对于无人机配套的喷洒设备需要国内的相关研究人员的研发, 在如何更有效调节喷雾量以及雾滴体积是一方面, 降低农药喷洒量、静电喷洒也是主要研究方面。日本和美国在无人机喷洒技术方面的研究开展的较早, 技术也相对成熟, 可以对于他们的研究成果进行学习改进, 针对无人机喷洒装置部件进行着重加强。例如农药喷嘴要专门设计成无人机喷嘴, 对于喷雾模式、材料的选用、流量相对控制都是需要明确的项目。

2.3 设备测试的验证

对无人机喷药设备的保护维修是极为重要的。机器长期使用没有得到应有的维护, 喷药设备的稳定性和安全性会得到影响, 使得喷药范围不能很好控制, 药液的严重漂移不能很好达到防治病虫害。所以需要根据相关的技术标准对设备进行全方位的验证测试, 包括雾化性能、抗腐蚀性等, 无人机喷洒效果由此可以得到保障和提高。我国无人机喷洒技术也在不断发展, 喷洒设备也随之更加复杂精密化, 这对设备的检测验证也提出了更高要求。美国和日本对无人机设备有国家专门的强制标准, 设备的出厂使用都有严格把控, 并且有专门的检测机构进行产品验证, 大大减少了后期设备故障问题。所以也应当学习国外这种模式, 对相关的标准体系进行完善, 健全的无人机喷洒设备检测机构也需要及时建立, 这样才能够确保后期无人机喷洒设备的使用效果, 实现农药利用最大化, 对后期的设备维修也减少了成本。若喷药设备的损坏没有及时发现, 则农药得不到很好的利用, 不仅浪费资源更是造成不必要的损失, 所以验证设备的质量安全是十分必要的。

3结语

因为受土地资源限制、农业栽培模式的转变和农业经营规模的扩大, 植物保护在不同地区机械化的实现需要不同模式。无人机高空喷洒农药具有很多地面农药喷洒设备没有的优点, 它体积小、质量轻, 便于操作人员操控, 农药喷洒覆盖面更广也节省了人力。所以像丘陵地形、大型或小型田地都是十分合适的, 但因为国内无人机喷洒技术发展较晚, 技术水平还处于初级阶段, 随着我国科技的不断发展以及科研人员的努力, 无人机喷洒技术在我国现代农业防治中将会得到很好利用。

摘要：随着我国经济的迅猛发展, 对于各地区的土地资源利用情况以及农业经营模式选择有更高的要求。关于农用植保无人机喷洒技术, 本文介绍了国内外无人机喷洒技术的现状, 分析技术关键要领, 理论试验双方面研究, 并对其在病虫害防治方面需要研制更高效的无人机喷洒设备做相应的要求, 有利于减少农药使用率, 提高植物抗虫性, 为生态环境保护做出贡献。

关键词：农用,无人机,喷洒技术

参考文献

[1]宋宇.无人直升机植保技术研究进展[J].现代农业科技, 2013 (03) .

无人机技术篇9

1月18日上午, 国家科学技术奖励大会在北京召开, 中国测绘科学研究院开发的“轻小型组合宽角航空相机研制及低空UAV航测应用”项目获2012年度国家技术发明奖二等奖。

当今世界卫星遥感和有人驾驶飞机的航空摄影虽然非常发达, 仍有及时性和精细度不足, 以及阴云天气不能获取高分辨率、高清晰度影像的问题, 因而无人机低空航测异军突起。针对目前国际品牌宽角航空相机都重达百公斤量级, 不能用于轻载荷低空无人机的情况, 中国测绘科学研究院发明了“自检校自稳定组合宽角成像技术”。利用此新技术研制的组合宽角航空相机, 像场角达90度, 重量仅15公斤。由此装备成功固定翼无人机和无人飞艇两类低空航测系统。它们可以获取高达厘米分辨率的彩色影像, 用于大比例尺测绘和地理国情监测;可以获取城市建筑物的侧面影像, 用于制作三维模型。在开放1000米以下低空的条件下 (或因阴云雾霾天气受限于200~300米以下航高的条件下) , 利用此新研制成功的低空航测系统可获得, 比利用国际品牌航空相机安置于有人驾驶飞机上, 更清晰的影像或更好的作业时效性。

据专家预见, 不久的将来无论从影像比特数或产品币值上, 低空遥感都有可能占到高分辨率遥感市场总量的三分之一。

无人机光电平台技术指标设计方法篇10

侦察和监视是无人机的首要任务,是无人机应用最早、最多的领域。无人机可以升空进行大面积、大范围的搜索侦察,获取有针对性的、实时的、详细的、不间断的信号情报,也可以对特定的敏感目标连续侦察,而这些任务的完成主要依靠无人机机载光电平台[1]。所以如何根据无人机战术使用指标来设计光电平台技术指标成为关键问题。本文重点介绍如何设计无人机光电平台技术指标。

1 无人机工作中的战术使用指标

无人机战术使用指标包括无人机飞行高度H;飞机飞行速度V;工作环境,如白天或夜晚,晴天或阴天等;拍摄目标实际大小h×v;理想情况下(即视场中心轴垂直于地面的情况,如图1所示)单幅图像收容面积a×b。根据上述战术使用指标可以完成光电平台技术指标的设计。

假设某无人机飞行高度为1 000 m,飞行速度为110 km/h,在白天晴朗天空的条件下工作,单幅图像收容面积为1 km×1 km;目标大小为3 m×4 m。下文利用以上战术使用指标为例说明设计光电平台技术指标的方法。

2 光电平台技术指标设计方法

2.1 CCD的像素数与尺寸大小

2.1.1 CCD像素数的确定

无人机对地面目标进行侦查拍摄的照片必须可以识别目标。根据约翰逊准则,50%概率识别时所需的等效条带周期数为4,即8个像素点。像素点越多,识别的概率越大,实际应用中可以选择更多的像素点,本文选择8个像素点。无人机对目标进行识别时,目标所成的像在临界尺寸方向上必须找到8个像素,如图2所示,此时地面像元大小在水平和垂直方向上分别为 $\frac{h}{8}$ 和 $\frac{v}{8}$ 。考虑到实际CCD像元大多数为正方形,地面像元也为正方形,所以选择 $\frac{h}{8}$ 、 $\frac{v}{8}$ 两者中较小者为地面像元大小。文中假设 $\frac{h}{8}$ 较小(如 $\frac{v}{8}$ 较小,计算方法相似),则像元总数为 $\frac{8 a}{h} \times \frac{8 b}{h}$ 。考虑到购买CCD时,其像素数不一定等于 $\frac{8 a}{h} \times \frac{8 b}{h}$ ,所以选择像素数在水平和垂直方向上都大于或等于此值的相机即可满足要求。假设在参考市场已有CCD的像素数以后,选取像素数为x×y的CCD。

在目标大小为3 m×4 m的条件下,按以上方法求得地面像元大小为 $\frac{3}{8} m \times \frac{3}{8} m$ 。收容面积为1 km× 1 km,则计算所得像素数为2 667×2 667。根据市场已有CCD规格,像素数选择为3 648×2 736。

2.1.2 CCD靶面尺寸的选择

CCD的尺寸其实是说感光器件的面积大小。感光器件的面积越大,捕获的光子越多,感光性能越好,信噪比越低。CCD尺寸通常指的是CCD对角线的长度,单位为英寸[2]。目前主流的消费级CCD尺寸为1/2.7、1/2.5和1/1.7英寸。假设选取尺寸大小为m×n。

文中选择CCD尺寸为1/1.7英寸,即7.53 mm×5.65 mm。

2.2 镜头焦距、视场角的确定

2.2.1 焦距

焦距是摄影镜头的主要参数,通常用f表示。焦距直接关系到视场角的大小。长焦距将构成小视场角,短焦距构成大视场角。在已知CCD尺寸m×n、分辨率x×y、地面像元分辨力为 $\frac{h}{8}$ 的情况下,对于一定高度H,可以用下式估算其焦距,如图3所示。

由

$\frac{Η}{f} = \frac{\frac{h x}{8}}{m} ‚ \frac{Η}{f} = \frac{\frac{h y}{8}}{n}$

可得

$f = \frac{8 Η m}{h x} ‚ f = \frac{8 Η n}{h y} (1)$

这两个公式是相等的。

在飞机高度H为1 000 m,CCD水平尺寸m为7.53 mm,目标水平尺寸h为3 m,CCD水平分辨率x为3 645的条件下,由式(1)可得焦距f=5.5 mm。所以无人机在以上条件下工作时所需的焦距为5.5 mm。

2.2.2 视场角

视场角即镜头视野的张角。水平方向的称为水平视场角,垂直方向的称为垂直视场角。视场角的大小和焦距、CCD水平尺寸和垂直尺寸有关[3]。有下列公式

$\begin{array}{l} α_{m} = 2 t g^{- 1} (m / 2 f) \\ α_{n} = 2 t g^{- 1} (n / 2 f) \end{array} (2)$

式中:αm、αn分别为水平和垂直视场角;m、n分别为CCD水平和垂直尺寸; f为镜头焦距。

在CCD水平尺寸m为7.53 mm,CCD垂直尺寸n为5.65 mm,镜头焦距f为5.5 mm的条件下,得

$\begin{array}{l} α_{m} = 2 t g^{- 1} (7.53 / 11) = 68.8 ° \\ α_{n} = 2 t g^{- 1} (5.65 / 11) = 54.4 ° \end{array}$

所以在上述条件下镜头的水平视场角为68.8°,垂直视场角为54.4°。

2.3 电子快门速度

电子快门的原理主要是改变CCD的光积分时间。图像的亮度与光积分时间成正比,光积分时间越长,图像的亮度越亮。电子快门速度是影响图像曝光量的一个参数,另一个影响曝光量的参数为镜头相对孔径,将在下文说明。

另一方面,当无人机以速度V在空中飞行时,如图4所示,地面景物A点相对飞机向后移动到A′。通过光学系统成像于a′点,在CCD靶面上像点a变成一条短线aa′,即产生像的移动[4]。影像移动量按以下公式计算

$Δ l = f \cdot (V / Η) \cdot t (3)$

式中:V为飞机飞行速度;H为飞行高度;f为相机焦距;t为快门曝光时间。

像移量的存在使图像模糊,为得到清晰图像,必须减少拖影对图像的影响。要求拖影小于1/3像元,则控制像移曝光时间为

$t = \frac{1}{3} \frac{Η}{V f} \cdot a (4)$

式中:a为CCD像元尺寸。

在CCD水平分辨率x为3 648,CCD水平尺寸m为7.53 mm的情况下,CCD像元尺寸a=2.06×10-3mm。又由于飞机高度H为1 000 m,飞机飞行速度V为110 km/h,镜头焦距f为5.5 mm,由式(4)可得快门曝光时间t=4.08×10-3 s。所以我们必须选用最高快门速度在1/250 s以上的相机,文中选取曝光时间为1/250 s。

2.4 镜头有效孔径的选择

相对孔径为有效孔径与焦距的比值,即D/f。D为有效孔径,f为镜头焦距。光圈的孔径越大,则进入的光量就越多,所成的像就越明亮。对于孔径相等的两个镜头,焦距长的所成的像较暗淡。可见,孔径与焦距尺寸的比值是反映像片曝光量的另一个参数。曝光量公式为

$E = \frac{π}{4} B τ Κ (D / f)^{2} t \times 10^{4}$

式中:E为曝光量;B为观察环境的亮度;τ为光学系统的透过率;K为滤光片对背景的滤光系数;D为光学系统通光孔径;f为光学系统的焦距;t为曝光时间[5]。把曝光量公式变换一下,得

$\begin{array}{l} (D / f)^{2} = 4 E / π B τ Κ t \times 10^{- 4} \\ D = f \times \sqrt{4 E / π B τ Κ t \times 10^{- 4}} \end{array} (5)$

假设在白天晴朗天空背景条件下,B一般在0.1～1.6 sb之间变化,取B=0.4 sb。光学系统透过率τ为0.3,滤光系数K为0.354。焦距和曝光时间为上文所求的f为5.5 mm,t=1/250 s。按0.6光密度所需曝光量为8.53×10-3lxs计算,由式(5)可得D=0.44 mm。那么孔径在0.4～0.5 mm之间选择都是允许的。

2.5 CCD数码相机拍摄时间间隔

航空像片除了具有信息丰富、分辨率高的优点之外,还有立体观察和测量的优点。采用立体观察方法有助于确定物体形状和高度。航空像片的立体观察必须通过双眼观察立体像对才能实现。即在空中从同一高度不同的摄影点,连续取得有足够垂直度的相邻航空像片。一般来说,相邻两张像片的航向重叠应达到60%以上,旁向重叠应达到20%以上,如图5所示。

那么,相邻两张像片拍摄的距离间隔为

$l = \frac{2 n Η}{5 f} (6)$

相邻两张像片拍摄的时间间隔为

$t = \frac{2 n Η}{5 f V} (7)$

在飞机飞行高度H为1 000 m,CCD垂直尺寸n为5.65 mm,镜头焦距f为5.5 mm,飞机飞行速度V为110 km/h的情况下,由式(6)、式(7)得l=411 m,t=13.5 s。

所以在上述情况下无人机拍摄相邻两张像片的距离间隔为411 m,时间间隔为13.5 s。

2.6 无人机下行信道带宽

每秒拍摄的像片数为相邻像片拍摄时间间隔t的倒数 $\frac{5 f V}{2 n Η}$ 。每像片的分辨率为x×y,假设其为彩色24位图像,则每幅图像的信息量为L=x×y×24/8。则每秒下行信道传送的数据量为 $\frac{L}{t}$ ,即无人机下行信道带宽为 $B = \frac{L}{t}$ 。

在CCD水平分辨率x为3 648,CCD垂直分辨率y为2 736的情况下,每幅图像的信息量为L=x×y×24/8=28.6 MB,t=13.5 s,则每秒下行信道传送的信息量为B= $\frac{L}{t} = 2.12 Μ B / s$ 。所以无人机下行信道带宽必须在2.12 MB/s以上才能满足把图像传到地面站的要求。