飛控系統(tǒng)在無人機中的應(yīng)用與發(fā)展

黃罡

摘要：隨著航空航天工業(yè)的不斷發(fā)展，各國在逐步增加對航空和空間的投資的同時，積極探索各類飛機在國防攻擊中的應(yīng)用。無人駕駛飛機可以取代飛行員執(zhí)行危險的緊急戰(zhàn)場任務(wù)和超出人類生理限制的任務(wù)，如飛行時間、大規(guī)模機動或在極端天氣和戰(zhàn)場等危險地區(qū)執(zhí)行軍事任務(wù)，已成為各國間競爭研究的熱點在民用領(lǐng)域，隨著低空空域的開放和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，一般航空和無人機技術(shù)迅速發(fā)展。無人機廣泛應(yīng)用于航空攝影、電影拍攝、醫(yī)療、救災(zāi)、電力巡邏線路、航空制圖、農(nóng)業(yè)植物保護、航空旅游等領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：飛控系統(tǒng);無人機;應(yīng)用;發(fā)展;

引言

無人機的指揮主要由控制部分和無人機組成終端設(shè)備還包括遙控器、計算機、視頻查看器、電源系統(tǒng)、通用控制模塊、無線電模塊等。這通常是一臺計算機、一個無線電模塊、一個遙控器、一個飛機控制軟件、使用一個道路規(guī)劃工具規(guī)劃飛機的飛行路線以及確定飛行高度、速度和地點。

1飛控系統(tǒng)的概念與分類

飛行控制系統(tǒng)是無人機的一部分，作為飛行飛行員發(fā)揮作用。作為飛行大腦，它控制起飛、著陸、航空安全飛行、戰(zhàn)場環(huán)境識別，執(zhí)行無人機姿態(tài)控制等一系列重要操作，維護飛行穩(wěn)定， 管理無人駕駛航空器飛行任務(wù)系統(tǒng)和緊急控制，確保無人駕駛航空器安全、順利地執(zhí)行該系統(tǒng)發(fā)出的指令。 飛行控制系統(tǒng)根據(jù)其自主程度分為半自主和完全自主。半自主飛行控制系統(tǒng)是指自動控制與手動控制相結(jié)合，飛行控制系統(tǒng)收集實時飛行環(huán)境、姿態(tài)、油量等數(shù)據(jù)。然后將它們傳遞給操縱器，操縱器觸發(fā)或停止指令，接受指令的無人駕駛飛機按照相應(yīng)的指令執(zhí)行任務(wù)。目前，大多數(shù)無人駕駛飛機是半自主的，但自主程度仍然較高。隨著人工智能的發(fā)展，開始提出自主智能飛行控制系統(tǒng)，這意味著飛行控制系統(tǒng)能夠在接收任務(wù)要求、獨立航跡規(guī)劃、選擇的基礎(chǔ)上，與分離機械手進行實時交互 無需在整個作業(yè)過程中對操作人員的指示進行控制，同時，在緊急情況下，地面操作人員也可以進行干預(yù)，接管自動飛行控制過程，包括敏感部件、放大計算裝置和執(zhí)行機構(gòu)飛行控制系統(tǒng)。

2無人機飛行控制系統(tǒng)組成

對于低成本的小型無人駕駛飛行器，飛行控制計算機具有計算控制法、飛行行為和緊急處理等重要功能。實驗室小組開發(fā)的基于夢游者飛行控制計算機的飛行控制系統(tǒng)的組成見表1。飛行控制系統(tǒng)各功能模塊之間的關(guān)系見圖1。飛行控制系統(tǒng)主要由傳感器模塊、控制通信模塊、執(zhí)行機構(gòu)、地面顯示綜合控制模塊、電源模塊等組成?？刂坪屯ㄐ拍K是整個系統(tǒng)的核心。傳感器為控制提供狀態(tài)信息，控制解決方案導(dǎo)出到執(zhí)行機構(gòu)以驅(qū)動無人機的飛行?；谧灾鏖_發(fā)的夢游者飛行控制卡，陀螺儀、加速度計、磁強計、測速儀、壓力傳感器、無線電、遙控器、接收機、舵機等組件。是集成的。

3飛控系統(tǒng)在無人機中的應(yīng)用

3.1無人機飛控系統(tǒng)在軍事上的應(yīng)用

考慮到目前武器和軍事裝備的力量，無人駕駛飛機已成為一支重要的軍事力量。第一批軍用無人機，主要用于射擊訓(xùn)練、偵察任務(wù)等他們已成為能夠執(zhí)行各種軍事任務(wù)的專家，例如人類飛機。飛行控制系統(tǒng)也從早期遙控轉(zhuǎn)變?yōu)榘胱灾?、自主的飛行控制系統(tǒng)，并發(fā)展成為完全自主的系統(tǒng)?？罩泄苤频陌l(fā)展源于各國對高技術(shù)的探索、軍事武器現(xiàn)代化的需要、1991年兩次人類世界大戰(zhàn)到海灣戰(zhàn)爭以及亞美尼亞和阿塞拜疆正在進行的軍事行動，這些國家的無人機在軍事上發(fā)揮著越來越大的作用。正是由于無人機的重要性，世界主要軍事大國除開發(fā)新型無人機外，還開始改造載人飛機。俄羅斯軍用無人機的早期發(fā)展移植了其功能強大的載人戰(zhàn)斗機技術(shù)系統(tǒng)， 并且其無人機飛行控制系統(tǒng)繼承了載人飛機控制的研發(fā)技術(shù)。前蘇聯(lián)初期設(shè)計制造的無人機飛行控制設(shè)備配備了載人飛行控制計算機，控制算法主要是分段偵察、分割模式、建模。

3.2無人機飛控系統(tǒng)在直升機的應(yīng)用

隨著直升機性能需求的增加，直升機飛行控制技術(shù)迅速發(fā)展，從機械操縱系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄟ^機械傳輸鏈傳送機械信號，以實現(xiàn)飛行控制;開發(fā)一個通過航空電纜傳輸電子信號和飛行控制的電傳控制系統(tǒng);今后將發(fā)展成光纖光傳輸控制系統(tǒng)，傳輸光信號，實現(xiàn)飛行控制，先進的電傳/光飛行控制系統(tǒng)可以與航空、機械、電氣運輸系統(tǒng)、發(fā)動機等相集成。作為綜合綜合指揮平臺，優(yōu)化直升機飛行質(zhì)量，改善飛行員操作經(jīng)驗，從而提高特派團的效率和安全。促動器是飛行控制系統(tǒng)的最終執(zhí)行單元，其重要性位于飛行控制系統(tǒng)和整個直升機系統(tǒng)的前端。由于現(xiàn)代直升機飛行控制系統(tǒng)主要采用不可逆的輔助力量，其特點是艙內(nèi)控制裝置不能直接操縱換刀距離，而是操縱動器，動器的延伸或收縮導(dǎo)致直升機結(jié)構(gòu)運動，實現(xiàn)在設(shè)計中，主幀和后幀的鉸鏈力矩應(yīng)完全由操作人員承擔(dān)，不能傳輸?shù)斤w行控制系統(tǒng)的前端，前操作人員的性能對飛行控制系統(tǒng)影響很大，直接關(guān)系到直升機的安全、導(dǎo)航和機動性。

4無人機飛控系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢

今后無人駕駛航空系統(tǒng)技術(shù)的實際應(yīng)用巨大，發(fā)展前景廣闊。今后開發(fā)無人駕駛航空器飛行控制系統(tǒng)的重要技術(shù)可預(yù)見如下：（1）自主探測技術(shù)：由無人駕駛航空器攜帶的各種傳感器進行飛行時的環(huán)境感知、建筑物識別、地形識別、移動目標(biāo)識別等。并通過飛行控制算法進行信息檢測，多源信息融合技術(shù)是當(dāng)前檢測技術(shù)的研究重點。（2）無線自組織技術(shù)：是一種特殊的無線通信網(wǎng)絡(luò)模式，可以獨立于任何固定設(shè)施，依靠節(jié)點間的協(xié)作以多跳方式進行通信，具有自管理和自組織的特點。（3）自主導(dǎo)航技術(shù)：指無人駕駛系統(tǒng)相對于全球坐標(biāo)系確定自己的位置和目標(biāo)位置，利用自己的智能技術(shù)規(guī)劃起點和目標(biāo)之間的最優(yōu)路徑，最終到達目標(biāo)，并在整個過程中具有較高的自主性和安全性。（4）自主控制技術(shù)：飛行控制系統(tǒng)以電子技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)等為基礎(chǔ)。，并利用人機界面設(shè)備和通信系統(tǒng)，利用各種控制算法對無人機進行控制，使其能夠單獨完成任務(wù)或與其他系統(tǒng)協(xié)調(diào)運行，并進行分組飛行，以更好地完成軍事和民事任務(wù)。

結(jié)束語

無人機飛行控制系統(tǒng)的有效運作對于確保其飛行安全至關(guān)重要。隨著無人機信息和情報的發(fā)展，無人機在民用和軍事領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用價值。在民用領(lǐng)域，無人駕駛飛機廣泛用于測繪、管道檢查、作物凈化和其他工業(yè);在軍事方面，高原官兵的人身安全、偵察敵人目標(biāo)和精確打擊的好處越來越重要。

參考文獻

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