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無人機控制命門關(guān)鍵技術(shù)
即使無人機已經(jīng)取得了不起的成就，但隨著不斷增強的需求，無人機技術(shù)的真正潛力由于一些瓶頸還沒辦法釋放。那么，下面是由小編為大家整理的無人機控制命門關(guān)鍵技術(shù)，歡迎大家閱讀瀏覽。
無人機控制命門關(guān)鍵技術(shù)1
導航
無人機的導航是另一個需要大量創(chuàng)新的技術(shù)區(qū)域。目前，GPS被用來指揮無人機的飛行，但這種技術(shù)很明顯有幾個缺點。
GPS在人口稠密的環(huán)境像叢林和濕地，往往不是很有效率。GPS在探索這些地方的時候，這會給無人機的征程設計產(chǎn)生負面影響。為了防止這樣的問題，研究人員正考慮為GPS提供某種目的的備份技術(shù)工作。這些額外的技術(shù)將能夠保證無人機完成他們的任務，即使GPS出現(xiàn)了很大的問題時。
控制系統(tǒng)
有無人機在旅行過程中很容易受到干擾，控制技術(shù)將會是無人機技術(shù)的關(guān)鍵。這些技術(shù)用于管理無人機受到不同元素影響時的應變能力：如超速，濕潤和環(huán)境等。
如果沒有這些管理技術(shù)，這將很難管理無人機的運動。目前的開發(fā)設計管理都集中在無人機的保護上，科技認識正視試圖確保管理技術(shù)不會輕易受到病毒損害。除此之外，地面上的無人機操控人員也將能通過控制系統(tǒng)更好地控制無人機的運動。
通信系統(tǒng)
是與任何其它飛機一樣，交互技術(shù)對于無人駕駛飛機非常重要。他們被地面上的操作人員使用，與無人機取得聯(lián)系，并給予必要的`指導方針。不過的交互技術(shù)的問題在于它們只是與無人機保持聯(lián)系。
電池壽命
個人使用無人機所經(jīng)歷最大的困難恐怕是電池能量壽命所帶來的限制，目前的電池缺乏足夠的動力，無人機甚至沒辦法保持飛行超過30分鐘，這是當下無人機技術(shù)沒辦法取得重大突破關(guān)鍵因素。
科學家們正試圖生產(chǎn)處更有效的電池，使得無人機可以在空中飛行很長時間。此外，專業(yè)技術(shù)業(yè)人員也正在牙就將太陽能電池板技術(shù)運動到無人機上。據(jù)預測，在不久的將來，無人機的電池能量壽命將得到明顯的改善，這將使得他們能夠在充點前飛行更遙遠的距離。
防撞擊
安全一直是無人機技術(shù)創(chuàng)新領域討論的最多的內(nèi)容。有一種危險的可能性我們必須考慮到，當無人機逐漸被運用在公共場所中時，其可能發(fā)生各種可能的碰撞。
為了應對這種潛在的威脅，我們必須要提高無人機的保護措施，研究人員如今正在積思考無人機事故的預防方案工作。這背后的概念是將無人駕駛飛機固定，這使得其能夠識別其他事物存在的方向，并采取具有挑戰(zhàn)性的技術(shù)防止事故發(fā)生。雖然已經(jīng)開始設定這樣的程序，但碰撞發(fā)生的概率仍然很高。
自動駕駛儀
在市場上可用的無人機都需要管理，某種程度上技術(shù)人員在地上操作，這些人必須經(jīng)過嚴格的培訓，并取得無人機飛行的認證。然而，這即將會發(fā)生改變。專業(yè)人士已經(jīng)在嘗試將自動化技術(shù)運用在無人機上，這在未來使得它們能夠自主飛行，而無需人類的操作。有了這個自動的功能，那些沒有無人機操控經(jīng)驗的人們也將能夠在旅行途中使用它們。
無人機控制命門關(guān)鍵技術(shù)2
1、能源與動力技術(shù)
無人機采用的推進系統(tǒng)形式要比有人飛機多，采用的能源與動力類型各異，包括：傳統(tǒng)的小型渦扇發(fā)動機、小型渦噴發(fā)動機、小型渦槳發(fā)動機、活塞發(fā)動機、轉(zhuǎn)子發(fā)動機以及電池組、太陽能電池、燃料電池、超燃沖壓發(fā)動機、定向能及核同位素等。
不同用途的無人機對動力裝置的要求不同，但都希望動力裝置燃油經(jīng)濟性好、重量輕、體積小、可靠性高、成本低、使用維修方便。從經(jīng)濟因素、可靠性等方面考慮，現(xiàn)階段無人機均采用技術(shù)成熟的活塞、渦扇、渦噴、渦槳發(fā)動機或在這些發(fā)動機基礎上進行適應性改進�；钊桨l(fā)動機適合于低空低速中小型、長航時無人機;渦扇、渦槳發(fā)動機適合于高空長航時無人機以及無人作戰(zhàn)機，這類發(fā)動機油耗低，發(fā)動機尺寸、重量和推力能與無人機達到較好的匹配;渦噴發(fā)動機適合于低成本、短壽命、高機動的靶機或自殺攻擊類無人機。
從長遠發(fā)展來看，單純對現(xiàn)有發(fā)動機進行改型并不能完全滿足無人機對飛行速度、高速、續(xù)航性能等指標的要求，開發(fā)適合于無人機使用的發(fā)動機十分必要，尤其是中小推力的大涵道比、小尺寸核心機的渦扇發(fā)動機，這類發(fā)動機將是未來無人機動力裝置發(fā)展的重點。此外，開展太陽能、燃料電池、液氫燃料系統(tǒng)等新型能源的應用研究，可為無人機提供更高效的動力源。
2、無人機平臺技術(shù)
(1)高效氣動力技術(shù)。
無人機在氣動力設計要求、設計理念方面與有人機存在較大差別。有人機氣動設計通常以航程、速度作為優(yōu)先優(yōu)化目標，然而無人機通常以航時作為優(yōu)先優(yōu)化目標。無人機尺寸小、速度低，存在低雷諾數(shù)條件下的高升力、高升阻比、高續(xù)航因子設計要求。高效氣動力技術(shù)是提高無人機性能的重要技術(shù)途徑。
(2)隱身技術(shù)。
提高無人機的生存能力的關(guān)鍵就是降低其可探測性。隨著材料、電磁學、熱力學、空氣動力學等學科的不斷發(fā)展，越來越多的新技術(shù)也將應用于無人機的隱身設計中，具體包括以下幾個方面。
外形隱身技術(shù)。采用翼身高度融合的無尾飛翼布局、內(nèi)埋式進氣道、二維噴管等設計技術(shù)可有效降低雷達反射面積和紅外特征，提高無人機的隱身能力。
等離子體隱身技術(shù)。理論和試驗研究表明，等離子體技術(shù)是隱身技術(shù)發(fā)展的新方向之一，飛行器上安裝的等離子發(fā)生器所產(chǎn)生的等離子體能對飛行器關(guān)鍵部位進行遮擋，并對雷達照射進行吸收，從而實現(xiàn)飛行隱身。目前，這項技術(shù)在研究中暴露出了很多問題，仍有待解決。
主動隱身技術(shù)。主動隱身技術(shù)是根據(jù)照射到飛行器上的電磁波頻率、入射方向等，利用機載有源射頻發(fā)射裝置主動地發(fā)射與散射回波相位相反、幅度一致的電磁波，實現(xiàn)與散射回波的對消。目前，主動隱身技術(shù)尚處于理論與試驗研究階段，但隨著隱身技術(shù)的發(fā)展，特別是飛行器近場散射特性技術(shù)、ESM(電子支援措施) 等技術(shù)的發(fā)展，主動有源對消隱身技術(shù)必將成為未來發(fā)展的重點。
(3)氣動彈性技術(shù)。為追求長航時性能，無人機通常采用大展弦比布局以盡可能提高升阻比(如一些無人機展弦比達到30以)，采用輕量化機體結(jié)構(gòu)降低飛行重量。但大展弦比布局、輕量化結(jié)構(gòu)與機體強度和剛度要求會產(chǎn)生突出矛盾。
(4)氣動載荷設計技術(shù)。滯空型無人機一般飛行速度較低、翼載小、升力大，對于同樣強度的陣風，無人機陣風載荷比有人機大得多。無人機結(jié)構(gòu)強度一般需要將陣風載荷作為主要的設計工況，而陣風載荷大小決定了無人機結(jié)構(gòu)設計的強度。如果以現(xiàn)有輕型飛機、通用飛機的強度設計標準進行無人機載荷設計，無人機結(jié)構(gòu)將付出很大的代價。以輕量化結(jié)構(gòu)為目標，綜合無人機氣動力特性、無人機飛行控制操縱方式、無人機設計壽命等因素開展無人機氣動載荷設計技術(shù)是提高無人機綜合性能的重要技術(shù)途徑。
(5)復合材料結(jié)構(gòu)技術(shù)。無人機以復合材料結(jié)構(gòu)為主，不同類型的無人機對復合材料結(jié)構(gòu)有不同的要求，如大型無人機主要對大尺寸、全復材結(jié)構(gòu)有較高要求，而小型無人機對復合材料結(jié)構(gòu)的'要求是低成本、快速加工制造、快速修復等。
3、自主控制技術(shù)
根據(jù)無人機自主控制的定義和內(nèi)涵，無人機自主控制的關(guān)鍵技術(shù)應該包括態(tài)勢感知技術(shù)、規(guī)劃與協(xié)同技術(shù)、自主決策技術(shù)以及執(zhí)行任務技術(shù)4個方面。
(1)態(tài)勢感知技術(shù)。
實現(xiàn)無人機自主控制必須不斷發(fā)展態(tài)勢感知技術(shù)，通過各種信息獲取設備自主地對任務環(huán)境進行建模，包括對三維環(huán)境特征的提取、目標的識別、態(tài)勢的評估等。
(2)規(guī)劃與協(xié)同技術(shù)。
規(guī)劃與協(xié)同技術(shù)涉及兩個方面的技術(shù)：路徑規(guī)劃和協(xié)同控制。這兩個方面相互依托，互相聯(lián)系。
無人機路徑規(guī)劃與重規(guī)劃能力是無人機自主控制系統(tǒng)必須具有的，即系統(tǒng)可以根據(jù)探測到的態(tài)勢變化，實時或近實時地規(guī)劃、修改系統(tǒng)的任務路徑，自動生成完成任務的可行飛行軌跡。自主飛行無人機典型的規(guī)劃問題是如何有效、經(jīng)濟地避開威脅，防止碰撞，完成任務目標。
未來無人機的'工作模式包括無人機單機行動和多機編隊協(xié)同，協(xié)同控制技術(shù)主要包括：優(yōu)化編隊的任務航線、軌跡的規(guī)劃和跟蹤、編隊中不同無人機間相互的協(xié)調(diào)，在兼顧環(huán)境不確定性及自身故障和損傷的情況下實現(xiàn)重構(gòu)控制和故障管理等。
(3)自主決策技術(shù)。
對于復雜環(huán)境下工作的無人機，必然要求具有較強的自主決策能力，以適應未來的需要。自主決策技術(shù)需要解決的主要問題包括：任務設定、編隊中不同無人機協(xié)調(diào)工作、機群的使命分解等。
(4)執(zhí)行任務技術(shù)。
無人機自主控制發(fā)展的最終目的是使它對環(huán)境和任務的變化具有快速的反應能力。無人機自主控制應該具有開放的平臺結(jié)構(gòu)，并面向任務、面向效能包含最大的可拓展性。先進的無人機自主控制應當提供編隊飛行、多機協(xié)同執(zhí)行任務的能力。
4、網(wǎng)絡化通信技術(shù)
目前的無人機系統(tǒng)作為相對獨立的系統(tǒng)只在局域使用，未來的戰(zhàn)場在同一空域?qū)⒊涑庵鞣N功能、各種類型的無人機與戰(zhàn)斗機、直升機。無人機之間、無人機與有人機之間、無人機與地面作戰(zhàn)系統(tǒng)必須進行有機協(xié)調(diào)，使無人機都成為“全球信息柵格”的一個節(jié)點，實現(xiàn)無人機與其他無人機或指揮控制系統(tǒng)之間的互聯(lián)、互通、互操作。
針對無人機集群作戰(zhàn)、協(xié)同作戰(zhàn)以及網(wǎng)絡化作戰(zhàn)的應用需求，應突破無線寬帶分布式動態(tài)多址接入、實時魯棒的寬帶傳輸、數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡頑存等關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建無人機集群數(shù)據(jù)鏈自適應網(wǎng)絡體系，為實現(xiàn)實時、寬帶、安全的無人機集群數(shù)據(jù)鏈提供技術(shù)支撐。
針對無人機寬帶網(wǎng)絡多跳中繼動態(tài)變化、節(jié)點容量受限問題，需要將網(wǎng)絡編碼技術(shù)與路由技術(shù)相結(jié)合，通過選擇編碼機會最大的路徑進行傳輸、優(yōu)化基于網(wǎng)絡編碼的節(jié)點接入策略、多跳網(wǎng)絡節(jié)點間信息交換傳輸策略，在不增加時延的情況下提高網(wǎng)絡吞吐量，實現(xiàn)網(wǎng)絡的大容量傳輸。
5、多任務載荷一體化、平臺/任務載荷一體化技術(shù)
有效載荷是無人機執(zhí)行偵察、監(jiān)視、電子對抗、打擊、戰(zhàn)效評估任務的關(guān)鍵因素，應用于無人機的有效載荷包括通用傳感器(光電、雷達、信號、氣象、生化)、武器、貨物( 傳單、補給品)等。無人機系統(tǒng)作戰(zhàn)效能不僅僅對任務載荷本身性能有較高的要求，而且必須滿足無人機尺寸、重量、功耗、隱身等裝機要素約束以及成本要求。隨著電子、通信、計算機等技術(shù)的進步，無人機的傳感器技術(shù)發(fā)展主要表現(xiàn)在以下幾個方面。
多光譜/超光譜探測技術(shù)。該技術(shù)可探測可見光和紅外區(qū)域的幾十個甚至幾百個頻段，它利用檢測低反差目標的雜波抑制和光譜識別可以降低誤判率，極大提高了目標識別和探測的準確性，常用于探測隱蔽或普通偽裝的目標。
先進的合成孔徑雷達技術(shù)。相對于光電/紅外探測系統(tǒng)，合成孔徑雷達能在夜間以及能見度低的惡劣天氣條件下工作，以高分辨率進行大范圍成像偵察，但其設備重量和功耗均較大，只適合于大型無人機裝載使用。隨著輕型天線和緊湊信號處理裝置等技術(shù)的進步，合成孔徑雷達有向小型化發(fā)展的趨勢，并可裝備于中小型的戰(zhàn)術(shù)無人機。
激光雷達技術(shù)。激光雷達具有分辨率高、隱蔽性好、低空探測性能好、體積小、重量輕等顯著優(yōu)勢，不但可以探測“樹下目標”，還可以對目標進行分類，為指揮人員提供精確的目標信息。將激光雷達技術(shù)與無人機相結(jié)合，必將發(fā)揮更大的作用。然而當遇到大雨、濃霧、濃煙等惡劣天氣時，激光衰減急劇加大，而且大氣環(huán)流還會導致激光光束發(fā)生畸變、抖動，直接影響激光雷達的測量精度。
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