無(wú)人機(jī)發(fā)展與無(wú)人機(jī)技術(shù)

黃智

[摘? ? 要]當(dāng)前，在航空領(lǐng)域中，計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)以及信息技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛，再加上現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的需求，不斷擴(kuò)展和提高了

無(wú)人機(jī)的應(yīng)用性能與范圍。文章主要分析無(wú)人機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)無(wú)人機(jī)技術(shù)展開(kāi)探討，闡述無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，以供參考。

[關(guān)鍵詞]無(wú)人機(jī);發(fā)展現(xiàn)狀;技術(shù)

[中圖分類(lèi)號(hào)]V279 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）07–00–02

UAV Development and UAV Technology

Huang Zhi

[Abstract]At present， in the aviation field， the application of computer technology， electronic technology， and information technology is increasingly widespread， coupled with the needs of modern warfare， continuously expanding and improving the application performance and scope of UAVs. In this regard， the article mainly analyzes the development status of unmanned aerial vehicles， while discussing the technology of unmanned aerial vehicles， and finally expounds the development trend of unmanned aerial vehicles for reference.

[Keywords]UAV; development status; technology

無(wú)人機(jī)是無(wú)人駕駛飛機(jī)的簡(jiǎn)稱(chēng)，主要是指借助自備的程序控制裝置以及無(wú)線電遙控設(shè)備操縱的不載人飛機(jī)。無(wú)人機(jī)上沒(méi)有駕駛艙，但對(duì)程序控制裝置以及自動(dòng)駕駛儀等設(shè)備進(jìn)行了安裝。當(dāng)前，無(wú)人機(jī)在空中偵察、電子干擾、反潛、通信、監(jiān)視等領(lǐng)域中得到了廣泛運(yùn)用。艦艇、地面或母機(jī)遙控站人員借助雷達(dá)等設(shè)備，對(duì)其展開(kāi)數(shù)字傳輸、遙測(cè)、定位、跟蹤。和其他武器相比，無(wú)人機(jī)具有更多的優(yōu)點(diǎn)，如可重復(fù)使用、設(shè)計(jì)靈活等。本文主要分析了無(wú)人機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀和相關(guān)技術(shù)。

1 無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的組成和特點(diǎn)

1.1 系統(tǒng)組成

無(wú)人機(jī)的主要構(gòu)成部分有電源系統(tǒng)、回收系統(tǒng)、發(fā)射系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)、飛機(jī)機(jī)體^[1]。飛行管理和控制系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng)為飛控系統(tǒng)，主要對(duì)無(wú)人機(jī)控制和飛行予以負(fù)責(zé)，是無(wú)人機(jī)最重要的組成部分，直接影響著采集數(shù)據(jù)和傳輸?shù)耐暾?、無(wú)人機(jī)飛行的穩(wěn)定性。數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)可以準(zhǔn)確接收遙控指令和第一時(shí)間對(duì)相應(yīng)信息進(jìn)行反饋。發(fā)射、回收系統(tǒng)可以確保無(wú)人機(jī)起飛和飛行的順利性，同時(shí)在將相關(guān)要求任務(wù)完成后，順利返回地面，確保無(wú)人機(jī)可以再次使用。

1.2 無(wú)人機(jī)系統(tǒng)特點(diǎn)

①無(wú)人機(jī)具有重量輕、體積小的特點(diǎn)，確保其飛行靈活性以及速度的提升^[2]。②無(wú)人機(jī)的電源系統(tǒng)，為無(wú)人機(jī)在多載荷情況下，長(zhǎng)時(shí)間、長(zhǎng)距離的續(xù)航提供了保障。相較于傳統(tǒng)有飛行員駕駛的飛機(jī)，因?yàn)闊o(wú)人機(jī)無(wú)需對(duì)駕駛艙進(jìn)行設(shè)置，因此裝載相應(yīng)設(shè)備以及燃料的空間更大，工作效率更加理想，促使無(wú)人機(jī)工作續(xù)航時(shí)間有效延長(zhǎng)。同時(shí)無(wú)需對(duì)駕駛員的身體情況進(jìn)行考慮，可以展開(kāi)具有較強(qiáng)復(fù)雜性或危險(xiǎn)性的任務(wù)。③無(wú)人機(jī)體型小，機(jī)身具有較強(qiáng)的靈活性。在傳統(tǒng)雷達(dá)監(jiān)測(cè)掃描情況下，運(yùn)用特殊材質(zhì)制作的無(wú)人機(jī)，隱身性能較高，同時(shí)造價(jià)較低，可以規(guī)模生產(chǎn)。④無(wú)人機(jī)主要借助遠(yuǎn)程指令進(jìn)行操作，具有加強(qiáng)的自主控制能力，可以對(duì)諸多具有較高危險(xiǎn)性的任務(wù)進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，使不必要的人員傷亡率顯著降低，促使安全性顯著增強(qiáng)。

2 無(wú)人機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 發(fā)展勢(shì)頭迅猛

當(dāng)前，無(wú)人機(jī)技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，針對(duì)民用方面而言，我國(guó)民用無(wú)人機(jī)在12個(gè)月之內(nèi)的交易數(shù)量增長(zhǎng)率始終保持在30%以上。而在產(chǎn)業(yè)規(guī)模方面，無(wú)人機(jī)的規(guī)模顯著擴(kuò)大。因?yàn)楸旧淼男枨笤絹?lái)越高，在高技術(shù)領(lǐng)域逐漸得到了廣泛應(yīng)用，同時(shí)，無(wú)人機(jī)技術(shù)自身的不斷發(fā)展也促進(jìn)了相關(guān)行業(yè)的良好發(fā)展，同時(shí)直接影響著整個(gè)航空領(lǐng)域。

2.2 技術(shù)日趨完善

針對(duì)技術(shù)水平而言，在數(shù)控技術(shù)和航空技術(shù)的不斷發(fā)展下，無(wú)人機(jī)不管是在控制方面，還是在運(yùn)行方面均有了顯著進(jìn)步。同時(shí)不斷更新的信息技術(shù)，為無(wú)人機(jī)改進(jìn)也提供了有利條件。當(dāng)前的無(wú)人機(jī)類(lèi)型多種多樣，既有發(fā)展較為完善的中小型無(wú)人機(jī)，同時(shí)大型無(wú)人機(jī)發(fā)展也日益迅猛，相對(duì)而言可以完成一些具有較強(qiáng)綜合性的任務(wù)^[3]。而在性能方面，針對(duì)無(wú)人機(jī)最重視的航程而言，均可以長(zhǎng)時(shí)間飛行，其他性能也與普通飛機(jī)的效果越來(lái)越接近。所以，針對(duì)效果而言，無(wú)人機(jī)已經(jīng)朝著完善與體系化方向發(fā)展。

2.3 不能完全替代正常機(jī)種

當(dāng)前，無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展日趨成熟，且在飛行速度上的發(fā)展十分迅猛。但因?yàn)闊o(wú)人機(jī)自身具有一定的局限性，同時(shí)受目前技術(shù)水平的限制，因此就算在并行的領(lǐng)域中，無(wú)人機(jī)也不能替代普通飛機(jī)的作用。本身由于控制的原因，很少預(yù)設(shè)各種狀況的出現(xiàn)以及處理方法，所以應(yīng)變能力較差。此外，無(wú)人機(jī)需要亟待提升的地方也還很多。無(wú)人機(jī)在配合協(xié)作方面也存在極大的問(wèn)題，因?yàn)檫h(yuǎn)程操作難以將全局充分考慮到，而編碼預(yù)設(shè)本身也不一定可以覆蓋全部狀況，所以在可以將這些問(wèn)題有效解決前，還需要不斷提高無(wú)人機(jī)技術(shù)。

3 無(wú)人機(jī)技術(shù)

3.1 動(dòng)力技術(shù)

無(wú)人機(jī)形成兩極發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)無(wú)人機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)要求也越來(lái)越高。超長(zhǎng)續(xù)航時(shí)間的大型無(wú)人機(jī)的長(zhǎng)滯空特性，導(dǎo)致其在承載燃油有限的情況下，要求必須具有可靠性更強(qiáng)、油耗低的新型發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)使其功能要求得到滿足。而在微型無(wú)人機(jī)的發(fā)展中，研究的一大重要內(nèi)容便是微型動(dòng)力裝置。當(dāng)前，在諸多正在開(kāi)發(fā)的微型無(wú)人機(jī)中，動(dòng)力新概念得到了深入研究和實(shí)踐?，F(xiàn)階段，無(wú)人機(jī)使用的發(fā)動(dòng)機(jī)主要有太陽(yáng)能式、轉(zhuǎn)子式、渦輪式、活塞式等^[4]。其中，太陽(yáng)能式發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)太陽(yáng)能進(jìn)行了有效利用，使無(wú)人機(jī)的長(zhǎng)滯空需要得到了滿足，具有較好的發(fā)展前景。

3.2 隱身技術(shù)

隱身技術(shù)主要包括聲波隱身、激光隱身、可見(jiàn)光隱身、紅外隱身、雷達(dá)隱身等^[5]。借助于對(duì)各種新工藝、新材料以及結(jié)構(gòu)隱身設(shè)計(jì)等技術(shù)的綜合應(yīng)用，將無(wú)人機(jī)紅外輻射特征、雷達(dá)反射面積和其他聲、電、光探測(cè)的顯著可探測(cè)特征有效降低，從而最大化控制無(wú)人機(jī)被干擾、跟蹤、識(shí)別、打擊和發(fā)現(xiàn)的概率以及無(wú)人機(jī)失事率。利用先進(jìn)的隱身材料促進(jìn)無(wú)人機(jī)隱身性能增強(qiáng)。比如，石墨合成材料可以對(duì)多種波長(zhǎng)的微波進(jìn)行吸收，促使無(wú)人機(jī)被雷達(dá)探測(cè)到的概率降低;運(yùn)用等離子體等隱身材料，可以使微波和光電等多種綜合傳感器順利實(shí)現(xiàn)隱身的目的;將吸收特定波長(zhǎng)紅外光的涂層涂在無(wú)人機(jī)表面，把防紅外輻射制劑注入到發(fā)動(dòng)機(jī)燃料中，可以使無(wú)人機(jī)紅外隱身的目標(biāo)順利實(shí)現(xiàn)，促使得被紅外探測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)的概率大大降低。

3.3 發(fā)射、回收技術(shù)

以發(fā)射點(diǎn)位置進(jìn)行區(qū)分，發(fā)射系統(tǒng)主要包括水（艦）上發(fā)射、陸（冰或雪）上發(fā)射、空中發(fā)射。空中發(fā)射，即母機(jī)投放，也就是由母機(jī)運(yùn)到空中指定定位置后展開(kāi)點(diǎn)火投放，以促進(jìn)無(wú)人機(jī)使用壽命提高，最大化控制傷亡率。但對(duì)母機(jī)的設(shè)計(jì)提出了較高的要求，同時(shí)應(yīng)用的環(huán)境局限性較強(qiáng);陸上發(fā)射又可按照發(fā)射方式分成垂直起飛、滑跑車(chē)起飛、起落架起飛、發(fā)射架發(fā)射等。根據(jù)回收地點(diǎn)可以把回收分成水上或艦上回收、陸上回收、空中回收;根據(jù)回收方式可以分為兩類(lèi)，即遙控降落回收和自主降落回收;根據(jù)回收系統(tǒng)可分成滑跑降落回收（起落架回收）、傘降回收、回收網(wǎng)回收等諸多類(lèi)型。其中，自主降落方式要求將定位、降落和返航等程序添加到飛控系統(tǒng)之中，設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，但操作難度不大，應(yīng)用范圍較廣^[6]。

3.4 飛控和監(jiān)控技術(shù)

飛控和監(jiān)控技術(shù)主要指的是導(dǎo)航、飛控、定位、遙控以及遙測(cè)等技術(shù)。在無(wú)人機(jī)發(fā)展中，這些技術(shù)是極為核心、重要的技術(shù)。現(xiàn)代無(wú)人機(jī)的設(shè)計(jì)越來(lái)越優(yōu)化，總體朝著模塊化、數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化和小型化方向發(fā)展，所以系統(tǒng)的精確性、自主性、精確性更強(qiáng)，同時(shí)價(jià)格更低、維護(hù)方便。通用化的無(wú)人機(jī)公共核心電子組件也將被推出。

數(shù)據(jù)傳輸鏈的可靠和安全問(wèn)題是遙控、遙測(cè)系統(tǒng)十分重要的技術(shù)?，F(xiàn)階段，可加密、超高強(qiáng)、可擴(kuò)頻的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)將逐漸替代經(jīng)常使用的全向輻射天線寬波束傳輸系統(tǒng)。今后將加大對(duì)多目標(biāo)控制、中繼傳輸、多路傳輸、數(shù)據(jù)壓縮、減小寬帶和自調(diào)控、自適應(yīng)、自檢、告警等技術(shù)的研究力度。

飛控導(dǎo)航系統(tǒng)是一種全數(shù)字的自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)，其主要組成部分有高可靠性傳感器、高性能綜合軟件、機(jī)載計(jì)算機(jī)、INS（慣導(dǎo)）+GPS。智能化控制的無(wú)人機(jī)，若是有必要，可以實(shí)現(xiàn)地形匹配、地形跟蹤等新技術(shù)。

3.5 總體綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)

在無(wú)人機(jī)的設(shè)計(jì)中，要將可維護(hù)性、可掌控性、目標(biāo)特性以及空氣動(dòng)力等方面的要求納入考慮范圍，要綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)電磁兼容性、任務(wù)系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)、電子系統(tǒng)、材料、結(jié)構(gòu)形式以及總體外形等。因?yàn)闊o(wú)人機(jī)機(jī)體小、重量輕，因此必須從飛控系統(tǒng)和氣動(dòng)布局方面入手，展開(kāi)綜合設(shè)計(jì)，以此使飛機(jī)的可操性和穩(wěn)定性得到保證。同時(shí)由于無(wú)人機(jī)上無(wú)駕駛員操控，這便對(duì)其自主性、實(shí)時(shí)調(diào)控能力以及自適應(yīng)性提出了較高的要求。所以，以不同的技術(shù)、戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)要求為基礎(chǔ)，機(jī)體啟動(dòng)布局設(shè)計(jì)越來(lái)越多樣化。不僅有類(lèi)型風(fēng)格各不相同的正常布局的無(wú)人機(jī)，就特定的應(yīng)用環(huán)境，設(shè)計(jì)者也逐漸開(kāi)始運(yùn)用鴨式布局。

4 無(wú)人機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

從世界各國(guó)無(wú)人機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，其發(fā)展方向主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①智能化趨勢(shì)。今后成功的民用無(wú)人機(jī)公司需要對(duì)端到端的解決方案，從云基礎(chǔ)設(shè)施、軟硬件到客戶定制的整體解決方案予以提供。在確保系統(tǒng)可靠性和安全性的基礎(chǔ)上，無(wú)人機(jī)制造商需要促進(jìn)其靈活性和能力增強(qiáng)，受客戶需求以及市場(chǎng)動(dòng)態(tài)的影響，開(kāi)發(fā)出諸多新功能。②全隱身、長(zhǎng)航時(shí)趨勢(shì)。在軍事領(lǐng)域中，無(wú)人機(jī)逐漸朝著更高飛行高度、更長(zhǎng)滯空的方向發(fā)展，同時(shí)借助將變色涂層涂在飛機(jī)機(jī)身上，讓人肉眼難以發(fā)現(xiàn)，同時(shí)借助復(fù)合材料對(duì)輻射予以吸收，進(jìn)而將雷達(dá)隱身的目的實(shí)現(xiàn)。在微電子技術(shù)的不斷發(fā)展下，無(wú)人機(jī)也更加集成化，當(dāng)前甚至已經(jīng)發(fā)明了由碳纖維制作而成的如同蒼蠅大小的無(wú)人機(jī)。③柔性化、通用化趨勢(shì)。當(dāng)前的無(wú)人機(jī)的控制需要事先進(jìn)行編程，今后在計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展下，在無(wú)人機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中可以對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，把不同功能的不同行動(dòng)方式預(yù)編為各個(gè)模塊。如此，在使用無(wú)人機(jī)的時(shí)候，只需對(duì)不同的模塊進(jìn)行切換便可以了，進(jìn)而讓無(wú)人機(jī)能夠與不同情境、不同任務(wù)相適應(yīng)，做到一機(jī)多用。

5 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)階段，無(wú)人機(jī)市場(chǎng)得到了顯著發(fā)展，立足于設(shè)計(jì)、制造、研發(fā)等技術(shù)領(lǐng)域到操作員培訓(xùn)、無(wú)人機(jī)租賃等保障、服務(wù)、管理領(lǐng)域，可以看出，無(wú)人機(jī)的發(fā)展?jié)摿薮蟆Ｏ嚓P(guān)系統(tǒng)的發(fā)展與諸多關(guān)鍵技術(shù)息息相關(guān)，有了這些關(guān)鍵技術(shù)，今后的無(wú)人機(jī)將會(huì)得到更迅猛的發(fā)展。同時(shí)，無(wú)人機(jī)關(guān)鍵技術(shù)的提升，必定可以降低其成本，今后，無(wú)人機(jī)將會(huì)越來(lái)越普遍，在工業(yè)巡檢、農(nóng)林植保、民用攝影等方面得到更加廣泛的應(yīng)用。

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