关于无人机的论文综合

范文一：关于无人机的论文综合

前言：

无人机(缩写为UAV)又称“空中机器人”是一种动力驱动、机上无人驾驶、可重复使用的航空器。它大体上是由无人机载体、地面站设备(无线电控制、任务控制、发射回收等起降装置)以及有效负荷三部分组成的。根据无人机的结构、飞行时间、飞行距离或执行任务的性质等特点我们可以把它划分成不同种类。从总体结构来看,无人机有固定翼、垂直旋翼、倾斜旋翼、旋翼/固定翼之分;根据活动半径和续航时间,无人机可大体分为近程、短程、中程和远程四类;根据用途,我们又可以把无人机分为军用和民用两大类。无人机是1917年由英国首先研制成功的。虽然它问世已久,但直到上世纪50年代才得到了真正的发展。

国内外无人机发展现状：

国内无人机近几年来发展比较快，民企也多通过第三届尖兵之翼就可以看出国内现在发展无人机的趋势越来越好。而除军事用途外，由于无人机成本相对较低、无人员伤亡风险、生存能力强、机动性能好、使用方便等的优势，使得无人机在航空拍照、地质测量、高压输电线路巡视、油田管路检查、高速公路管理、森林防火巡查、毒气勘察、缉毒和应急救援、救护等民用领域应用前景极为广阔。正是因为看到未来无人机的民用市场潜力巨大，除一些科研院所外，民营企业也开始介入无人机市场。目前粗略估计全国约有170多家单位在生产无人机。“就低端产品而言，一套无人机系统的生产成本有可能不超过几十万元，这也是中国有众多厂家看重无人机市场前景的一个原因。我国无人机当前只具备侦查能力，无人机并不被现代战争看好，机器造价昂贵，战场灵敏度低，极易被敌人

捕捉，无法防御最新的电磁干扰等种种弊端，即便是美国也无能力大规模生产。

国外近年来，无人机在民用方面的应用越来越多，各国在无人机的民用方面逐渐开放。无人机已经广泛应用于公共安全、应急搜救、农林、环保、交通、通信、气象、影视航拍等多领域。在过去几年，英国已经向130多家企业和政府机构颁发许可，美国签发了1400多份许可。毫无疑问，随着技术的更新和发展，民用无人机将迎来井喷式的发展，应用前景十分广阔。

国际无人机标杆国家极其发展情况如下：

美国：

美国作为全球第一军事强国，无人机的种类和数量都居全球第一，美国无人机的发展方向代表了世界无人机的发展趋势。为了指导和规划美国无人机的发展，美国国防部相继于2000，2002，2005和2007年公开发表了4个官方文件：《2000~2025年美国无人机路线图》，《2002～2027年美国无人机路线图》，《200～2030年美国无人机系统路线图》《2007～2032年美国无人系统路线图》、。前3个路线图分别给出了自主控制等级发展趋势图，对无人机自主控制级别( Autonomous control level，ACI ) 都采用了相同的提法，把自主控制的级别划分为了10级，对自主控制等级的衡量标准中包括故障诊断能力、航线规划能力、机群协同能力、机群战术规划能力、分布式控制、机群战略目标等内荣。并对当前有代表性的、在研究的和未来规划的无人机系统如Pioneer，Global Hawk，X-45，AFRI Goal和ONR Goal等的ACI都进行了较明确的定义。ACI己经开始作为一种标准用来衡量无人机的自主性提高ACI是美国无人机发展的趋势之

一。美国国家航空航天局(NASA)新成立了一个无人机应用中心，专门开展无人机的各种民用：研究，它同美国海洋与大气局(NOAA)合作利用无人机进行天气

预报、地球变暖和冰川消融等科学研究。

以色列：

以色列是全球范围无人机设计制造技术最为先进的国家之一。以色列组建了一个民用无人机及其工作模式的试验委员会，埃尔比特系统公司领先完成了规定程序，其赫尔姆斯450无人机在2007年5月取得了民用证书。2008年，以色列飞机工业公司马拉特子公司的中高空长航时“苍鹭”无人机取得了在以色列空域中执行非军事任务的证书，此后有关部门合作进行了多种民用任务的试验飞行。俄罗斯：

A-03 Nart是由俄罗斯Antigrad Air公司研发的多用途无人机。执行如灾难性自然天气事件的预防，在干旱地区人工降雨的形成，监控道路，水和陆地表面，天气和环境条件等等。该机几何及性能参数如下：全长5.2m，翼展9.0m，最大起飞重量1100kg，驱动力2台PD-317螺旋桨发动机，最大速度450km/h，续航时间50小时，最高高度8000m，远程控制，包括自动化系统监控和气象局监控站，通过固定发射架或者卡车一定弹射架升空。可以装载MITS的多功能信息传输系统。按需求也可以广泛运用在执法部门。

欧洲：

欧洲2006年制定并立刻多方集资付诸实施“民用无人机发展路线图”，首期跨度为6年。“路线图”预计民用无人机市场从2010年开始迅猛发展，已突破1亿欧元大关，到2015年将上升到2.7亿欧元，其中地球观测约占市场的3.7%，通信与海上监视各占市场的13%，森林防火与灭火市场份额约12%，治安执法占3%。欧盟打算成立一个泛欧民用无人机协调组织，主要职责是市场评估、技术

监视、空域管制、适航安全、标准制定、通用接口、成本控制等方面的试验研究。为解决最关键的空中安全与适航问题。荷兰已开始在非隔离空域进行“探测与回避”系统的研究与试验。

日本：

目前日本拥有2346架已注册农用无人直升机，操作人员14163人，成为世界上农用无人机喷药第一大国。

无人机发展关键技术：

无人机主要有五项关键技术，分别是机体结构设计技术、机体材料技术、飞行控制技术、无线通信遥控技术、无线图像回传技术，这五项技术支撑这现代化智能型无人机的发展与改进。

机体结构设计技术：

飞机结构强度研究与全尺寸飞机结构强度地面验证试验。在飞机结构强度技术研究方面，包括飞机结构抗疲劳断裂及可靠性设计技术，飞机结构动强度、复合材料结构强度、航空噪声、飞机结构综合环境强度、飞机结构试验技术以及计算结构技术等。

机体材料技术：

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，以减轻飞机的结构重量，改善飞行性能或增加经济效益，还应具有良好的可加工性，便于制成所需要的零件。非结构材料量少而品种多，有：玻璃、塑料、纺织品、橡胶、铝合金、镁合金、铜合金和不锈钢等。

飞行控制技术：

提供无人机三维位置及时间数据的GPS差分定位系统、实时提供无人机状态数据的状态传感器、从无人机地面监控系统接收遥控指令并发送遥测数据的机载微波通讯数据链、控制无人机完成自动导航和任务计划的飞行控制计算机，所述飞行控制计算机分别与所述航姿传感器、GPS差分系统、状态传感器和机载微波通讯数据链连接。本实用新型采用一体化全数字总线控制技术、微波数据链和GPS导航定位技术，可使无人机平台满足多种陆地及海上低空快速监测要求。无线通信遥控技术：

无人机通信一般采用微波通信，微波是一种无线电波，它传送的距离一般可达几十公里。频段一般是902－928MHZ，常见有MDSEL805，一般都选用可靠的跳频数字电台来实现无线遥控，北京节点通有成熟的应用。

无线图像回传技术：

采用COFDM调制方式，频段一般为300MHZ,实现视频高清图像实时回传到地面，比如NV301等，节点通有多种应用。

未来发展的关键方向：

随着无人机的发展，有许多关键难题需要攻克和解决。针对无人机发展中的关键方向，我们从隐身技术，通信链路抗干扰能力，小型化、集成化、数字化光电任务设备，自主导航，自动规避和微型化六个方面来阐述。

一隐身技术

早在年初，美国就在无人机上部分地采用了隐身技术。其隐身特征是用金属丝网罩住发动机进气道，在机身两侧贴敷雷达吸波材料覆盖层。机头涂不导电的

油漆。自此以后，便有越来越多的无人机采用隐身技术。隐身技术的一项主要工作是提高反雷达探测的能力，也就是提髙目标在雷达探测下的隐身性能’通常用目标的雷达截面积 表示。所谓目标的雷达截面积是指目标被雷达发射的电磁波射中时，其反射电磁波能量的程度。雷达截面积的大小反映了目标反射电磁波能量的强弱其越小雷达就越不易探测到目标。在无人机上常从以下几个方面来减小。采用复合材料雷达发射的电磁波碰到金属材料时，由于其是电导体，在金属材料中易感应生成相同频率的电磁流。电磁流的流动会建立起电磁场，向雷达二次辐射能量。复合材料是由一些非金属材料如碳和绝缘材料如环氧树脂组成。其导电率要比金属材料低得多。因此，当雷达发射的电磁波碰到复合材料时，难以感应生成电磁流和建立起电磁场，所以向雷达二次辐射能量要少得多。无人机上采用的复合材料主要有玻璃纤维加强合成树脂、石墨与环氧树脂、以芳纶纤维为基础的凯夫拉雷达吸波材料。外形设计无人机在外形上采用机翼、机身、尾翼和短舱连接处光滑地过渡或机翼与机身高度融合的构型。机翼为下单翼时采用平整的翼身组合下侧面平滑的曲面外形。后掠的机翼后缘和尾翼后缘。注意凹状结构凹状结构具有角反射器的特性。角反射器是由3个互呈90°的表面角连接而成。当雷达的无线电波射入这个表面中的任一表面时可能形成三次“反弹从而在宽的视界角范围内返回强的电磁波能量到雷达。发动机进气道、尾喷管、排气口等都可看作凹状结构具有较大的雷达信号特征对发动机尾喷管来说还有红外辐射特征。因此，对这凹类状结构应采取隐身措施。

二通信链路抗干扰能力

通信链路是无人机系统操纵的主要途径。因此无人机系统对有意或无意的电磁波干扰非常敏感一旦受到干扰，就会导致产生错误的控制指令，致使无法执

行任务，甚至可能失控坠机。在科索沃战争中，美军的一架“先锋”无人机由于受到南联盟的电子干扰而失去与航空母舰的联系最终燃油耗尽而坠毁。确保不间断的指挥与控制对无人机系统来说至关重要。因此，通信上要为无人机提供一个安全受保护的频率，并安装加密设备，同时增大机载链路设备发射功率，使其增加通信距离，提高抗干扰能力。同时，为了应对指挥与控制潜在的不可预料中断无人机系统都有相关预编程序和自主返回地面的预案如按照原飞行航线返航。

三小型化、集成化、数字化光电任务设备

光电任务设备俗称光电平台，以光传感器为主如各种胶片相机、可见光和红外相机、激光器等。未来光电任务设备主要朝以下三个方面发展：

①随着技术和工业的飞速进步，体积小、重量轻、功耗低的高性能集成机载传感器应运而生，可以在同一平台下实现可见光、前视红外、激光指示、激光测距等多种功能。

②航空侦察朝着空间的立体化发展要求光电平台技术先进、手段多样、空间广延、时间连续。因此四框架两轴平台因其众多优点必然会越来越受到青睐。

③光电平台数字化。数字化有以下几方面优点。图像增强通过数字化对比度处理，使图像清晰度更好辨认和抽取感兴趣的区域可将场景以多种角度和尺寸显示出来，数字工具能够测算感兴趣的目标，采用数据压缩和错误校正编码，便于图像分析，避免传统模拟信号在传输时多次数模转换减少数据的损耗，真实地在地面还原原始图像。

四自主导航

现如今大部分的无人机导航主要由组合定位定向导航系统完成组合导航系

统实时闭环输出位置和姿态信息。为飞机提供精确的方向基准和位置坐标同时实时根据姿态信息对飞机飞行状态进行预測。基本组合导航系统由激光陀螺捷联惯性导航系统、卫星定位系统接收机组成。在实际作战环境中，外界的电磁环境非常复杂，容易被干扰。而激光陀螺捷联惯性导航系统随着时间的增长误差会越来越大，在长时间的飞行中无法给出飞机确定的位置、姿态和航向信息自主导航功能的应用变得非常重要。自主导航模式，顾名思义即飞机不依赖外部提供的电磁数据信号进行导航的模式。自主导航中，激光陀螺捷联惯性导航系统依然是主导航模式辅助导航方式由变换为天文导航和景象匹配导航等。天文导航是根据天体来测定飞行器位置和航向的航行技术。天体的坐标位置和它的运动规律是已知的，测量天体相对于飞行器参考基准面的髙度角和方位角就可以计算出飞行器的位置和航向。天文导航系统是自主式系统，不需要地面设备不受人工或自然形成的电磁场的干扰，不向外辐射电磁波，隐蔽性好、定向、定位精度高，定位误差与时间无关。在低空飞行时因受云层覆盖的限制而较少采用天文导航，景象匹配导航能发挥更好的作用。预先通过光电侦察设备或雷达等手段获取飞行路径的景象信息，将这些景象数字化后存储在机栽的相关计算设备中，这些信息要求具有很好的可观测性。飞行中，通过机载的光电侦察设备或雷达获取飞行路径中的景象，然后利用机载数字景象匹配设备将其所测景象与预存的景象进行相关比较以确定飞机的位置。

五自动规避

随着空中无人机飞行不断增多要求合理规划航线、有效进行监管，防止无人机与有人驾驶飞机之间以及无人机相互之间发碰撞。在伊拉克和阿富汗战场，无人机活动频繁，严重干扰了有人驾驶飞机的正常飞行。由于无人机环境感知能

力缺乏、“视野狭窄”致使操作人员无法及时判明周围空域的情况，只能按照任务程序操作。因此，有人驾驶飞机飞行员执行任务时需要时常留意闯入自己航线的无人机，以避免相撞。美军曾发生过几起低空无人机与直升机相撞的事故。自动规避系统可以利用机载安装的应答设备，每个无人机在飞行过程中向外广播自身的经度、纬度和髙度信息和其他在飞行中的无人机接收到这些信息后通过飞行控制计算机计算，在原有航线的基础上规划出合理的规避航线。

六微型化

微型无人机将作为士兵可携带的战场侦察设备。其特点是体积小、重量轻、机动性强、隐蔽性好、续航时间长特别适用于髙危环境下遂行任务。微型无人机能够提升战场的信息化水平像飞虫一样盘旋在空中或者隐藏在某个角落不被发现的情况下进行侦察 ’停在窗台上观察房间内或下面街道上发生的事情’将目标区域的图像和声音传给数千米之外的控制人员。在搭载了其他传感和侦察设备后徽型无人机还能用于执行目标跟踪、战果评估、有害物质检测等任务。

未来无人机作战：

未来，无人机武器系统代替人员作战必然成为主流。但无人战机仍存在“固有缺点”，即智能化水平仍旧不足。目前无人战机多以单机方式执行作战任务，尚未具备无人机编队及协同作战能力。两机相遇，从抢先发现敌机到最后发出制胜一击，短短数秒内飞行员需要估测敌力、锁定敌位，追踪、反击。其他影响空中战斗的因素还包括：天气、地形、燃料水平、驾驶情绪、交战规则、对方飞行器种类判定,武器及防御装配、环境温度，等等。也就是在两机遭遇的刹那、在整

个高速机动过程中，飞行员与武器操作员要综合所有这些情况，瞬间做出决定。以现在的无人机为基础，要想设计和制造出堪比职业飞行员反应速度的机械，至少要突破下面几个瓶颈：

一、综合传感器及综合分析所有数据

让飞行员远距离遥控无人机无疑是将来最可能的作战方式，然而局势瞬息万变，如何让飞行员瞬间而全面的知晓现场的天气、地形等等状况呢。现在的技术是不可能实现的，即使未来真的有这种传感器组能够及时获取信息，整合信息，发送给控制者，再把控制者的决定传回战斗机。其中数据传输的时间延迟在与传统战机对抗时又是否能够通过技术克服呢？

如果减少人力干预以高度智能的软件控制战斗，要想写出像人一样，能够实时研判风险、做出决定的算法，其难度更大。再者算法只能处理提前预料到的情形，软件能否将座舱里的飞行员靠训练、经验、能力、直觉等等综合做出的决定编写出来尚不可知，战场是个瞬息万变，事关多少人生死存亡的地方，诸多不确定因素左右着时局发展，技术的制约是一方面，另一方面，即便有了技术，我们是否敢于轻易应用于战场也还值得讨论。

二、信息传输系统受不确定因素的影响

如果能有一套完整的传感器组，无人机遥控人员自能获得各项必要信息，而且数据传输率足够高，开发出一套让飞机正确应对威胁的算法是有可能的，但一旦信息链或网络遭到破坏，无人机就得玩完。“最大的问题在于如何与无人机保持通信。”距离越远，飞行员越容易与复杂的无人飞行器失去联系。

无人机混合编队及协同作战只是发展未来无人机集群协同作战的第一步，但也将是很长一段时间内，未来空中战争的一种发展趋势。无人战机未来发展的方

向应该还是无人机之间的集群协同，这样可以更大的发挥无人机自己的优势，这也是各国研究的下一个重点目标。

范文二：无人机论文

无人机论文

1 引言

高技术的发展，信息技术的革命，使得高技术武器层出不穷。作为未来战争物质基础的高技术武器装备，正朝着信息化、精确化、隐身化和无人化方向发展。随着各种航空和电子技术的发展，无人机在性能上得到了迅速的发展，在军事和民用领域都有了广泛的应用前景。与有人机相比，无人机具有价格低廉、机体小、机动灵活、无人员伤亡，起飞条件、空勤保障相对简单等优点。但面对新形式下的作战需求，现在的无人机又显得智能化程度不够，在复杂不确定的环境条件下，现有的无人机系统一旦缺乏人的控制决策干预，往往不能顺利完成任务。自主控制技术成为元人机的发展重点之一，越来越受到重视。半自主控制、自主控制的概念被提上了日程。如何最大程度地给无人机赋予智能，实现其自主飞行控制、决策、管理及健康诊断和自修复，从而在某些领域取代有人驾驶飞机，是今后需要研究的主要方向。

2 国外无人机飞行控制的发展现状和趋势

美国作为全球第一军事强国，无人机的种类和数量都居全球第一，美国无人机的发展方向代表了世界无人机的发展趋势。为了指导和规划美国无人机的发展，美国国防部相继于2000，2002，2005和2007年公开发表了4个官方文件：《2000~2025年美国无人机路线图》，《2002～2027年美国无人机路线图》，《200～2030年美国无人机系统路线图》、《2007～2032年美国无人系统路线图》。前3个路线图分别给出了自主控制等级发展趋势图，对无人机自主控制级别( Autonomous control level，ACI ) 都采用了相同的提法，把自主控制的级别划分为了10级，对自主控制等级的衡量标准中包括故障诊断能力、航线规划能力、机群协同能力、机群战术规划能力、分布式控制、机群战略目标等内荣。并对当前有代表性的、在研究的和未来规划的无人机系统如Pioneer，Global Hawk，X-45，AFRI Goal和ONR Goal等的ACI都进行了较明确的定义。ACI己经开始作为一种标准用来衡量无人机的自主性提高ACI是美国无人机发展的趋势之一。

3 故障诊断与自修复

无人机在复杂未知飞行环境下的故障诊断与容错控制为提高无人机飞行的安全性、可靠性及早期故障的适应与防护能力提供了一条新的技术途径，同时自诊断与自修复能力也是构成完全自主(智能化)飞行控制系统的基础。不断庞大的无人机规模和其昂贵的任务设备，

带来的飞行安全性要求．对飞行器的可靠性和容错能力提出了更高的要求。无人机的飞行控制系统作为飞行器的控制中心对其飞行安全起到至关重要的作用，这就要求无人机飞行控制系统除了优良的设计和严格的地面试验之外，还要具备在飞行过程中系统出现故障时能实时快速诊断，依据故障特性和损伤特性，迅速进行故障隔离和控制重构，实现无人机的最低安全性要求，保证无人机飞行任务的继续执行或者保证无人机安全返航回收。无人机的飞行控制系统通过采集各机载传感器信息，结合飞行任务需求，控制无人机舵面和发动机等执行机构，实现对无人机不同层次的控制。传感器信息的冗余、信息之间的内在关系、以及执行机构的操纵余量设计等，为飞行过程中无人机故障自诊断与容错控制提供了理论上的可行性。设计精良的自检测功能(BIT)，为飞控计算机进行快速故障检测和定位提供直接的帮助。传感器信息的内在关系、冗余信息出现矛盾时的仲裁算法的深入研究，多层次机载部件B I T设计与验证，容错控制律设计与仿真验证，安全性故障控制软件模块以及高可靠性机载软件的开发与测试等、是提高无人机飞行安全所必须开展的工作。

4 多机协同技术

单架无人机独立飞行逐步提高到多架无人机编队，实现多架无人机协同飞行，是无人机自动控制的新高度。为了做到协同，无人机群应该具有高度的自主程度，并能在不同作战阶段进行可变自主程度飞行。编队中的单个无人机应能以不同的路径飞行，能为其他编队成员提供完成协同任务所需要的支持，能感知和评估变化的境况、形势和环境，能自动进行航路重规划，达到对目标区域实施从空间、时间或频率上的有效覆盖：

(1) 空间覆盖：预先侦察、收集地理信息分为点覆盖、面覆盖和点、面混合覆盖。

(2) 频率覆盖：E t常边境巡逻，无人区、军事隔离带巡视，敌方大型战略工事修筑进展监视，突发事件局势监控等。

(3) 时间覆盖：无人机与有人机协同作战，无人机与地面部队协同作战，打击效果、毁伤程度实时评估，炮兵校射等。

多机协同控制的技术，除了自主飞行控制技术方面对飞行控制精度提出了更高的要求之外还具有以下特点：

(1) 多机协同的中继通信及信息资源共享技术：协同作战中，需要通过有效的通信方式进行信息交换与共享。包括地面控制中心与编队无人机的通信与数据交换、编队无人机之间直接进行数据共享和信息交换。

(2) 根据飞行器的性能和飞经的地理环境、威胁点等因素，针对已知或潜在的目标，规

划出满足要求的各架无人机的航迹。

(3) 以编队无人机之问通信和信息资源共享为基础，在飞行过程中，进行航线实时局部修改或重规划。

(4) 运用信息融合技术，进行多种来源的位置信息的校准和时统，把不同来源的位置信息数据转换成统一参考坐标系中的信息数据。

(5) 按照一定的相关准则，将不同的侦察设备探测到的同一目标的信息进行识别、相关、融合处理，形成该目标完整、精确的特征和位置信息。

相对于单架无人机的控制来说，多机协同的无人机控制系统优势在于：各架无人机从完成任务的层面上．能达到互为余度的效果；能高效地完成目标区域面积大、目标数量多的任务；能充分利用各架无人机装载的不同侦察设备对同一隐蔽目标实施有效的侦察，提高目标发现率和识别率。多机协同系统作战任务规划如图2所示。

5 结束语

本文首先分析了国外无人机飞行控制系统的发展现状和趋势，提出了无人机控制系统的发展方向是自主控制。对自主控制在无人机系统个体和集群两个层面的应用进行了分析，提出了实现自主控制的关键技术：在个体层面上主要体现在故障诊断与自修复飞行控制；在集群层面上主要体现在多机协同技术，并对实现这两种飞行控制系统所要研究的具体技术进行了阐述。

范文三：无人机论文

外军无人机现状及发展趋势分析

摘要 :无人机的发展历史可以追溯到上一世纪20年代,应技术进步和战争需求,无人机已逐渐发展为世界各国尤其是发达国家武器装备中重要组成部分之一,无人化也已日益成为未来战争发展的方向之一,同时无人机也正在向民用化发展。进入20世纪末,无人机发展进入了一个新时代并先后形成三次发展浪潮。目前,世界各主要国家尽管发展方向和发展程度各异,但无不积极研制开发无人机,在进一步发展军事用途的同时又扩展到民用领域,一个无人机发展高潮正在到来，未来的发展各种技术和用途也趋于完善。

关键词 :无人机现状发展趋势技术进步

2004年3月28日,美国媒体的一则消息引起国际航空界尤其是军方的高度关注,当日凌晨一架翼展1.5m、机长

3.6m的X243A试验型飞行器在从B252战略轰炸机上分离后,依靠火箭助推到30500m高空,以Ma=7的速度搏击长空。消息一出,使得本来就炙手可热的无人机问题再次升温。无人机所以会受到如此重视,其原因是自身所拥有的独特优势,现代科技的发展使得防空武器的性能日益提升,这无疑大大增加了有人机在空战中的风险程度,而无人机则适应了现代战争对减少乃至避免人员伤亡的要求。再则,从研制、使用和维护成本看,相当于有人机而言,无人机的研制、使用和维护成本要低廉得多。更何况,无人机因其自身的优越性能,可以在超低空和超高空长时间盘旋,较之有人机其

活动空间和范围更为广阔。有鉴于此,研制和发展无人机成为各国军方尤其是发达国家军方的重要选择。近年来,无人机的研制和发展在许多国家受到极为广泛的重视,为进一步促进和推动无人机的研制和发展进程,本文拟就世界各国无人机现状和发展趋势作一系统介绍和分析,以期在无人机研制和发展方面提供可资借鉴的思路。

一、世界各主要国家无人机发展现状

（一）美国

20世纪90年代以来,美国以航空航天和信息技术为代表的高新技术迅猛发展,为无人机研发提供了坚实的技术支持。美军无人机研发渐入佳境,并逐步形成无人机研制5原则,即:1)以作战理论和作战需求为牵引,从“有什么无人机打什么仗”向“打什么仗就生产什么无人机”阶段前进;2)以实战使用战场检验为标准,从“试验检验定型”向“实战检验改进定型”阶段前进;3)以“先进概念技术验证”为先导,重视技术预研,从“仓促立项技术研制”向“技术预研成熟立项”阶段前进;4)以节约成本提高性能为根本,从“单纯追求技术性能”向“技战性能与成本兼顾”阶段前进;5)以国防部高级研究计划局为核心,统一领导,加强管理,提高项目研制效率效能。在这5原则指导下,美军21世纪初无人机研制高潮迭起。

1991年海湾战争以来,世界微型武器发展出现高潮。美军意识到微型无人机体积小、质量轻、造价低和隐形好,更

加符合21世纪美军作战理论和作战需求,研制微型无人机具有特殊深远意义。20世纪90年代初,美军先进概念验证显示了微型无人机技术上的可行性。1997年12月,美国防部高级研究计划局选定了6种微型无人机研制方案,投资1200万美元支持投标公司研制。2000年1月,美国防部高级研究计划局举行1997年12月微型无人机招标研制中期检验,预计微型无人机能在2003年装备美军。其中包括:微星无人机、克里卜里无人直升机、黑寡妇无人机、微船无人机、昆虫无人机、美钞无人机。

1999年科索沃战争中,美军发现现役的先锋猎人和捕食者无人侦察机存在相当问题:1)隐形性能差,巡航速度慢,生存能力不足;2)全天候侦察能力不足,对移动、隐蔽目标侦察能力不足。因此,美国防部高级研究计划局决定研制新型无人侦察系统,如新型“传感器飞机”系统、新型隐形无人侦察机系统。

20世纪90年代末以来,美国政府、国会和军方对无人作战飞机寄予厚望。美国空军研究实验认为,无人作战飞机的出现将是战术性空中力量的一场革命,可用于执行高风险或高回报的各种任务。1998年3月,美国防部批准无人作战飞机计划进入技术可行性研究阶段。2001年3月,美总统布什公开表示,无人作战飞机的研制已经成为美国当务之急,未来几年,美国将拨款100亿美元专项资金研制开发。2001年6月,美参议院军事委员会主席约翰W?华纳曾许诺2001年为无人作战飞机研制项目追加1.46亿美元的经费,并认

为到2010年时,美空军大约1/3的作战飞机应该替换成无人作战飞机。

据美国国防部网站2003年3月18日报道,美国防部长办公室对无人机作战的预测认为,美国防部在未来10年,将花费100亿美元以上大量购买无人机,这将是上世纪90年代美国在无人机上花费总额的3倍多。在1990—1999年间,美国防部在无人机的研制、采办和使用方面的花费约为30多亿美元,而在目前所计划的2002—2007财年无人机项目预算达到了71亿美元。美国防部长办公室称,在未来10年里,美国防部将研制使用F216飞机大小的无人机,这种无人机将能执行各种战斗任务,包括压制敌军防空力量、实施电子攻击和纵深攻击遮断等。到那时,旋翼无人机将具有非常长的续航时间(18h～24h)。在未来的25年中,无人机可能具有“生物变体机体”,这种机体对于不同任务和飞行条件的无人机可以优化其布局。无人机的地面控制站可能从目前的几吨重的拖车进化为一种单兵系统,仅通过一个头盔就可操纵无人机。

总之,美军无人机将沿着“侦察2打击”一体化方向发展。特别是美军研究SOV和FSV技术,反映了美军准备打造从美国本土攻击全球任何地点的能力,而且部分反映了美空军正准备从单纯的空军转变为航空航天军。如果美空军能实现从美国本土向世界任何地点发动攻击,无疑将提高美军攻击的保密性、灵活性和冒险性,最终实现美军战场“无人化”作战。

（二）俄罗斯

据俄罗斯Interfax新闻署最近报道,俄罗斯2003年国防采购订单中没有编队2П无人机系统,该无人机是目前处于生产中的唯一一种无人机,供俄罗斯武装部队使用。人们可能会以为这表明俄罗斯对无人机计划的重视程度降低了,但事实并非如此。

目前,俄罗斯部队保留了两种型号的无人机,老的一款是VR23Reis系统、第二种重要的无人机是蜜蜂21T无人机构成的编队2П系统。此外,还决定研制三种新型的无人机系统:战术编队2П系统,由蜜蜂无人机构成;编队2А系统,由啄木鸟(Dyatel)无人机构成;编队2ф系统,由鹰(Korshun)无人机构成。

目前,所有的俄罗斯无人机作战单元都减少了编制,每个作战单元都只保留了“基本框架式”的构成,但只要需要,它们能够很快地动员和部署起来。无人机被集中在一个主要的无人机基地,以降低维护费用,这样做和俄罗斯不再新购无人机这种做法的目的都是为了集中所有可能的资源用于研究和研制俄罗斯的下一代无人机,新无人机将在俄罗斯武装部队中发挥更为重要的作用。

俄罗斯在研的新型无人机中有苏霍伊的S262战略长航时无人机,这款无人机与美国的全球鹰无人机有些类似,该系统的研制工作处于比较先进的状态。S262将拥有模块化的侦察设备,可完成图像收集和SIGINT信号情报侦察综合

（二）俄罗斯

任务。同时,S262还拥有ECM系统。据信,一种中航时的无人机可能正由杜波列夫设计局设计,但这项计划属于高度保密的计划。一些媒体还报道说,俄罗斯在从事隐身无人机或作战无人机(UCAV)的研制。至于编队2П,将可能被现代化,或被一种全新的系统所替代,甚至于更小型的无人机也可能接受这样的命运。

（三）欧洲

2002年11月8日,法国正式公布了开发下一代无人机的两项发展计划。在未来6年中,这两项将耗资15亿美元的计划将包括为法国空军研制的中空战略无人机和为法国陆军研制的多任务战术无人机。按照要求,新的无人机将在2008年后开始服役。

英国防部正打算投入9亿美元实施守望者多任务无人机计划,以增强和取代不死鸟无人机。作为英国国防部21世纪机载情报、监视、目标获取与侦察系统计划的核心,守望者预计在2005或2006年部署。

德国同美国加快了联合研制德国版全球鹰的步伐。这只“混血”的欧洲鹰于2003年春在德国进行了一系列飞行试验。

瑞典萨伯航天公司于2002年7月公布了新型无人机“瑞典尖端研究构型”(SHARC)的最新进展。瑞典计划于2020年前将其革命性的网络———中心联合指令控制(C2)系统投入服役,而该无人机正是构成新系统的基础。

透过欧洲诸强急促的脚步,新世纪欧洲军用无人机发展的总体趋势也渐露端倪。

1)无人机担负的任务将趋于扩大化。战术无人机将被赋予多种任务。新世纪,欧洲各国正把多任务、多传感器作为战术无人机发展的主要方向;无人侦察机已由战术侦察向战略侦察范围扩展。

2)无人机机体将趋于隐形化。

3)无人机的测控、传输系统将趋于通用化。通用化的测控、传输系统可以控制不同型号的无人机,综合显示不同机型的飞行轨迹,有利于实现无人机的编队飞行和战场上的灵活部署。它的广泛应用将极大地提高无人机的作战效能。

4)降低成本的方式将多元化。尽管欧洲各种无人机研发计划如雨后春笋,但各国始终把降低成本置于优先考虑的位置。德国军方在新一代无人机计划中曾明确表示;德国对于无人机的设计标准是价格;英国对于是否研制无人战斗机始终犹豫不决,成本因素首当其冲。各国目前的解决途径主要包括:一是加大合作力度,共同分担费用;二是将无人机与有人机研究计划纳入同一个体系结构,充分利用通用性资源,同时实现无人机与有人机之间的信息共享;三是开发柔性化的平台和模块化的任务设备;四是提高不同种类无人机设备的通用性。由于制造成本占有相当大的比例,许多国家把研制具有通用性的设备作为解决无人机成本问题的一条重要途径。

5)无人战斗机将成为新的发展热点。自美国的捕食者在“持久自由”行动中开创无人机执行对地攻击任务的先例后,欧洲各国都纷纷加大了对无人战斗机的研发力度。欧洲各国已经达成了这样的共识:无人战斗机将成为未来空战中最具破坏力的威胁之一,是争夺制空权的一个重量级筹码。

（四）以色列

以色列的无人机发展是在20世纪60—70年代引进美国石鸡军用无人机后,通过仿制和改进,逐步发展起来的。早在1973年,以色列便成功使用无人机实施诱骗并摧毁了埃及地空导弹阵地。目前,以色列在这一领域已取得了非常骄人的成绩,并一跃使其成为无人机世界强国。以色列无人机迄今已经发展了三代,第一代为侦察兵无人机,第二代为先锋无人机,第三代主要是探索无人机、猎人无人机,以及中空长航时、多用途苍鹭无人机。现正在研制具有攻防能力的第四代无人机,如通过在其哈比(Harpy)反辐射无人机上加装先进传感器,使其成为多用途无人攻击机。

（五）澳大利亚

澳大利亚在无人机的研制方面起步很早。1948年,澳大利亚航天科技局就开始使用金迪维克(Jindivik)M.4A无人靶机。到20世纪80年代为止,该无人机已经售出500多架。独立的金迪维克无人机已经积累了大量的作战经验,充分说明了其作为军用设备的成本利用的有效性。澳大利亚其它三种无人机还有:

1)布伦比(Brumby),用途:飞行研究;

2)航空探测(Aerosonde)(LAIMA),用途:环境、气象/气候、化学和生物监测;

3)航空探测(Aerosonde)Mk2,用途:环境、气象/气候、化学和生物监测、监视。

另外,澳在利亚预计将在2004年至2005财年花费2.5亿澳元(1.3亿美元)来购买全球鹰侦察机。专家认为,澳政府如果购进这种无人机,它们将被广泛用于海上巡逻,因为澳大利亚海岸线辽阔而其海军舰队相对较多。最近公布的澳大利亚陆军未来部队规划书(支持从2011年到2030年的研究规划)建议:采购高机动陆基防空武器;部署UCAV和无人驾驶飞机诱饵以探知敌人防空力量;使用微型UCAV提供连级情报;以战斗单位级别部署较大型的战术UCAV;加强联合部队空间监视设施与地面部队监视和情报系统的联合;部署联合机载电子战系统以扰乱敌人的指挥与控制。

（六）印度

80年代初,印度国家航空发展部(ADE)为了实时搜集战术情报,首次研制了一种试验型袖珍无人机。这种无人机飞行速度达150km/h,升限为3000m,遥控使用范围为30km。最大续航时间为90min。其有效载荷包括作实时记录的昼夜电视摄影机。由ADE开发、布哈拉特动力公司制造的麻雀则是一种操纵范围超过50km的低成本侦察无人机。在过去的几年中,印度一直致力研制曙光无人机和靶机“目标”。这

项计划正在班加罗尔的ADE———国防研究与发展组织的下属机构实施。

印度陆军为了完成战场监视任务,90年代中期已经采购了36架马特拉公司制造的搜索者Mk2无人机和6个地面控制站。印度还向马特拉以色列子公司采购了约40架哈比反雷达无人驾驶飞机。

（七）日本

富士重工(FHI)在国家防卫厅技术研究本部(TRDI)的管理下已经成功研制出一种新型小靶机。这种由战斗机发射,用于空对空射击练习的损耗性靶机早在1987年就已经投入了生产。另一系统———多用途观察无人机,由FHI与TRDI携手为陆上自卫队参谋部研制。辅助系统的研制工作由FHI负责,包括目标测距/定位系统、红外传感器和日立生产的地形参照装置,影像处理系统则由NEC公司负责研制。这种无人机首先将在野战炮兵部队服役,用来侦察视野外的敌方目标。FHI还将研制一种在防空区外侦察敌方海军舰队的亚声速无人机。

日本仍承揽着最雄心勃勃的无人机研制计划,目前正在三菱重工实施。此前该公司曾成功地将一架洛克希德F2104J星座式战斗机改装成了无人驾驶飞机。从最初的两架来看,飞行员可以在设计得像驾驶舱的地面控制台上,用操纵杆和摩托罗拉提供的电视监视器来控制FQ2104J的飞行。

（八）韩国

韩国介入无人机领域是“姗姗来迟”,由大宇重工(DHI)航空航天部门负责开始研制。俄罗斯卡莫夫设计局参与研制了一个型号。此外,韩国还从马特拉公司买入了40架哈比反雷达无人驾驶飞机。

（九）新加坡

整个亚洲只有新加坡让投资自由进入UAV领域。新加坡迄今为止已经拥有一批未透露数量的马特拉公司制造的搜索者Mk2无人机、微型遥控侦察飞行器(MRPV)和地面联合控制设备,满足其监视和目标识别要求。1989年初,第一批交付使用。其前景乐观,操纵者只需要在GCS22000机动地面站执行观测,就可以搜集到战术情报和战场全天候成像,并能够通过数字化数据联接实现这些信息的实时收发。这种MRPV能够靠一个便携式单人遥控器控制飞行。

二、未来发展趋势

随着各国军方对无人机发展的日益重视和投入力度的加大，世界军用无人机已经进入了加速发展的快车道。与此同时，先进布局、一体化设计、纳米复合材料、智能蒙皮/结构等前沿技术接连取得重大突破，也不断推动着无人驾驶技术水平的提高。可以预计，未来军用无人机的发展势头必然更加迅猛，并将呈现出以下趋势：

（一）无人机平台将同时向高空长航时大型化和微小型使用灵活化两极发展

一方面，无人机要想侦察监视更广阔的地域并获得尽可能完整、无盲区的情报信息，就必须进一步提升飞行高度、延长续航时间。因此，目前世界军事强国均在积极开展新型高空长航时大型无人机的研究，这类无人机飞行高度将逐步接近临近空间，并可在空中停留数周甚至数月时间，非常适合于执行持久的情报收集和战场监视任务。预计到2030年前后，美国等国的战略战役空中侦察监视任务将主要由卫星和高空长航时无人机共同完成，而U-2等传统有人驾驶侦察机将逐步退出历史舞台。

另一方面，由于微小型无人机具有重量轻、体积小、造价低、隐蔽性好、机动灵活等特点，能够监视普通侦察机探测不到的死角，非常适合城市、丛林、山地等复杂环境以及特殊条件下的特种部队和小分队作战，因而微小型化已成为无人机的另一重要发展趋势。目前世界各主要国家均在大力研制各种微小型无人机。美国不仅推出了“微星”、“龙眼”和“黑寡妇”等众多型号，甚至还在研究将甲虫等昆虫直接改造成微型“无人机”。

（二）任务领域将不断拓展，向多样化方向发展

无人机自诞生以来，其军事价值经历了一个不断被认识和挖掘的过程。今后，由于技术推动和战场需求牵引两方面因素，军用无人机的任务领域将进一步拓展，最终将

全面涉足于对地（防空压制、近距空中支援、时敏/纵深目标打击）、对海（反水面舰艇/潜艇作战）、对空（打击高价值空中目标、中远距拦截和近距格斗空战）、导弹防御（拦截弹道/巡航导弹）和网电空间（网电攻击/防御）等各个领域[4]。

为适应任务多样化的需求，今后无人机发展的一个重要途径就是机载设备采用模块化设计和开放式架构,从而使无人机可根据战场需求临时搭载相应的设备, 实现“一机多用”和“即插即用”，成为未来战场上的多面手。例如，同一种无人机平台，在搭载不同类型的侦察监视设备、电子战装置或战斗部后, 即可在短时间内被改装成侦察、电子战甚至自杀性攻击无人机。

（三）任务飞行高度向临近空间发展

临近空间是指处于现有飞机最高飞行高度和卫星最低轨道高度之间的空域（通常距地表约20~100km），它作为航天与航空的空间接合部，其潜在军事价值已得到各国军方的广泛认可，其战略意义正日益凸现。与传统飞机和卫星相比，临近空间飞行器不仅在执行ISR、通信中继、导航预警等任务时具有独特而明显的优势，同时还可作为今后进入太空的中转平台，甚至直接配备高能激光等先进武器，因而未来军用无人机的概念必然会从无人航空器扩展到临近空间无人飞行器。

目前，世界范围内抢夺临近空间领域的竞争已经展开，美国、欧洲、俄罗斯

等均制订了相应的临近空间开发计划，其部分项目已处于技术研究和演示验证阶段。随着今后相关技术的成熟，临近空间无人飞行器将在未来空间攻防和信息对抗中发挥重要作用，为未来战争开辟一个全新的战场，并进一步促进空天一体化。

（四）自主性和智能化程度将逐步提高，向全自主控制发展

控制水平是无人系统区别于有人装备，实现无人操控和执行各种任务的关键。目前，无人机的智能化水平还比较低，平台控制方式主要以简单遥控和预编程控制为主。但随着计算机运算速度和存储容量的飞跃式发展，以及相关的软件、容错、模式识别和自适应推理等技术的巨大进步，无人机智能化水平正不断提高，人机智能融合的交互控制方式将逐渐占据主导地位，今后将进一步向全自主控制方向发展[5]。

根据“摩尔定律”，计算机运算能力每l8个月增加1倍，预计到2030年前后将会出现接近人类智能水平的计算机。届时，无人机的全自主控制技术水平将得到很大提高，不仅可以大幅降低操作员工作负荷，最小化人为因素对无人机运行的干扰，同时也降低了无人机对通信带宽的需求，并使得无人机能够进行超视距的战术操作。届时，无人机

将能更好地适应危险、独立或复杂的战场环境，同时更好地实现与有人机或其他无人机之间的协同作战。

（五）突防/生存力将进一步增强，向全向宽频隐身发展

随着先进防空武器技术的发展，未来军用无人机、尤其是无人作战飞机将会面临更加复杂严酷的战场环境。因此，非常有必要采用各种技术措施来增强自身战场突防/生存力，首要的就是进一步提高隐身性能。为此，未来无人

作战飞机在通过特殊外形设计、吸/透波材料、有源对消甚至等离子体等技术来获得全向（前、后和侧向）和宽频（可对付低频雷达）雷达隐身性能的同时，还将通过非常规喷管外形、燃油添加剂、隔热/屏蔽等技术来削减红外信号特征，通过先进蒙皮/涂料、凝结尾迹消除等技术来降低目视信号特征，通过低噪声发动机、吸声/隔声材料等技术来改善声学信号特征。

在此基础上，再结合电子对抗、任务规划甚至配装自卫武器等措施，未来无人作战飞机突防/生存力将会得到显著提高，足以穿透敌方先进防空系统，对其严密保护的重要目标构成威胁，甚至可以保证飞机在敌方国土上空长时间巡飞，并对时间敏感目标实施有效打击。

没有人会否认无人机正处于一个较好的发展环境中,无论是军方或民间都很重视无人机的研发。然而每种无人机各自的命运,就像天气一样,处于不断发展变化中,要做出预

言实在很困难。或许我们可以引用马克吐温形容英国春天天气的一句话,来形容无人机未来的发展:“春天比其他任何季节都活跃。在春天,一天24小时内就会遇上136种不同的天气状况。”

参考文献

[1] Unmanned Systems Integrated Roadmap FY20112036[Z]．Officer Of The Secretary Of Defense,Washington DC．Oct. 2011.

[2] 苏润娥．无人作战飞机操作平台系统人机工效研究[D]．西安：西北工业大学，2003.

[3] 蒋红岩，李文川，肖铭．无人机自主空中加油技术探究[J]．航空科学技术，2011，（1）：35-38.

[4] 陈黎．无人机助推段反导技术研究[C]．“尖兵之翼”—第4届中国无人机大会会议论文集，2012.

[5] 高劲松，王朝阳，陈哨东. 对美国无人机自主控制等级的研究[J]. 航空科学技术. 2010，(2):40-43.

范文四：无人机技术论文

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无人机技术论文

无人机在执行任务过程中，可根据无线远程信号的控制，实现对目标区域数据的获取，为军事战略部署方面的研究提供重要数据。下面是小编为大家精心推荐的无人机技术论文，希望能够对您有所帮助。

无人机技术论文篇一无人机测量技术分析

[摘要]文章分析了红外传感原理并自行设计红外传感器应用于无人机姿态测量方向，通过场地实验寻找倾角与电压关系，建立函数模型，进一步坐标变换找出测量信息与姿态角的关系。在红外探头前端放置滤光片有效抑制太阳干扰情况下，进行机载飞行实验，通过与传统IMU测量的姿态信息做比对验证设计的可行性。

[关键词]无人机测量技术

中图分类号:O32文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2016)27-0040-01

无人机稳定控制和导航的最基本、最核心的参数之一是姿态角。传统姿态测量方法主要是惯性测量系统，但由于其硬件系统设计复杂，成本较高，陀螺仪在长时间工作时还存在累积误差，因此，想低成本地完成无人机自主控制仍旧比较困难考虑到红外温度传感器能感知天空地而间的热辐射的特点，本文提出一种新型的测量姿态信息的方法，相比传统姿态测量系统，其具有体积小、重量轻、成本低等特点。

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采用新型的ARMCortex-M3内核微处理器STM32F103ZET6作为处理单元，使用两对红外温度传感器对飞机的俯仰和横滚信息进行姿态捕获，实验表明:该方法能有效满足一般无人机姿态测量的需求。

一、硬件设计

飞机的稳定性是飞机设计中最为重要的参数，它直接表征飞机在受到扰动后恢复到原始状态的能力。其中，飞机的稳定性包括纵向、横向和航向稳定性，分别反映俯仰、滚转及方向的稳定特性。本文所设计的基于红外传感原理的无人机姿态测量系统是无人机飞行控制系统的重要组成部分之一，主要针对飞机飞行中在纵向和横向稳定性的控制。主要由红外传感器、气压传感器、处理器、执行机构、遥控接收机、电台等部分组成。其中处理器作为数据处理和飞行控制的核心，主要完成采集各只传感器的数据，对数据进行综合处理并解算出飞机的姿态，从而实现对飞机稳定飞行的控制。综合数字信号处理能力和体积大小，选择性价比较高的STM32F103ZET6型微处理器作为主控模块，可使用其内部A/D转换口接收信息，经计算产生多路PWM信号驱动执行机构，用以调整飞行姿态。传感器单元包括两对红外传感器和气压传感器构成，主要完成对飞行中的姿态和高度信息的采集。地而控制用以稳定飞行中的模式切换和危险保护。

二、红外传感器设计

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1、MLX90247型红外线温度传感器

MLX90247型红外线温度传感器是由集成电路组成并且能够检测很小的热量辐射，包括热吸收区(热端)、硅基片(冷端)及外封装组成。基本工作原理类似于普通的热电偶原理，也即吸收红外线能量后输出一个与温度呈相应比例的电压信号。有效感知-20-85?的温度变化范围，视角范围约1000C，使其可探测视角范围内所有物体的温度值，距离为无穷远。在探头附件放置滤光片后可有效反射太阳光等其他波长的光线，大大提高了飞行中的抗干扰能力。

、红外传感器设计

红外温度传感器测量姿态的主要原理是根据地而与天空的温度差来估计无人机的倾斜程度，亦即无人机的姿态信息。由于天空的温度比地而的温度低，在没有干扰的情况下，2只红外温度传感器反方向放置在同一水平而，其两端感知到的视角内的温度值相同口。当倾斜使得左端偏向地而，右端偏向天空，这样将测得左边传感器温度远远高于右边，即可计算出倾斜角度的大小。

结合红外传感器良好的视场角范围并基于上述原理，设计由两对红外温度传感器组成的红外线平衡系统，水平安置于机身且与机翼中心轴线成450，综合测量无人机俯仰与横滚信息。当飞机水平飞行时，两对相反放置的传感器感知到相同温度，输出电压值也相同，处理器判断此时的电压差为

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基值电压，飞行状态为稳定。而当飞机不稳定飞行时，两端感知温度不同，输出的电压差也不处于基值电压，此时电压差值由处理器A/D转换后进行判断飞行姿态，进而通过向舵机输出PWM信号做出相应的调整。

基于上述原理设计的红外传感器板，电路使用SV供电并由作为基准电压，这样传感器水平放置输出理论为，正倾和负倾分别向OV和SV电压靠近。设计的红外传感器板通过实验寻找出温度与倾角间的关系，确定相应的函数模型。实验仪器主要有水平转台、红外传感器板、万用表等。选择户外开阔的场地，避免其他干扰热源的影响，分别在不同温度，不同时间段进行测量。将水平传感器固定于转台上，测量从-900-90。范围间，每旋转10。记录一次数据，由于飞机大部分处于稳定飞行状态，故在-500-50。范围间，每旋转5。记录一次数据。由多组实验数据，绘出散点图并进行曲线拟合。图中A是天阴，温度为40C;B是天晴，温度为60C;C是天阴，温度为90C;D是天晴，温度为100C。由大量数据绘成的曲线图可看出，单对红外传感器其倾角与电压存在函数关系式

三、机载实验

为了验证上述算法与相关理论，将红外传感器与传统IMU一同安装在小型固定翼无人机上进行机载飞行实验。实验场地选择空旷的操场以避免地而其他热源干扰，气候适

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宜，正午晴天15?时。其中，1#实线是红外传感器测量数据，2#实线是IMU所测量数据。

分别是同时段的滚转运动曲线和俯仰运动曲线，由图所测数据可知，前30期间飞机基本稳定飞行，此时IMU与红外传感器测量数据误差保持在10。以内;30后飞机转弯，此时姿态发生大角度的变换，红外传感器所测量数据也能控制在理想范围内;之后又继续稳定飞行。整个直飞、转弯、在直飞的过程可以看出红外传感器均能有效感知姿态信息的变化，并且与传统的IMU相比测量误差均能满足试飞要求。

实验截取的是当中一段数据进行分析，在起飞和降落时，飞机发生大幅度的姿态变化，此时数据会有较大的震荡，其余过程均在允许范围内。由于太阳辐射功率比地球辐射功率大数百倍，很可能会进入红外视场，干扰红外传感器工作的光谱波段，这严重影响了红外传感器的正常工作。在红外传感器的4只红外探头前端分别贴上红外滤光片，该滤光片可有效减弱可见光干扰，使得传感器测量的姿态信息能够更加接近真实值，使更有效地适应多种环境，实验测量数据显示说明该设计方案可行。

文章分析红外传感原理并自行设计红外传感器应用于无人机姿态测量方向，通过场地实验寻找倾角与电压关系，建立函数模型，进一步坐标变换找出测量信息与姿态角的关系。在红外探头前端放置滤光片有效抑制太阳干扰情况下，

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进行机载飞行实验，通过与传统IMU测量的姿态信息做比对验证设计的可行性。实验结果表明:该红外传感器能有效反映无人机飞行过程中的姿态信息，准确度和灵敏度均较高，对低成本无人机飞控系统提出了一种新的方案。点击下页还有更多>>>无人机技术论文

无人机技术论文篇二无人机技术的应用研究

摘要:无人机在执行任务过程中，可根据无线远程信号的控制，实现对目标区域数据的获取，为军事战略部署方面的研究提供重要数据。无人机通信技术作为有效沟通飞行器设备与地面指挥官之间的关键，在当前战争环境日益改变，促使该项技术不得不进行改变，以应对战场中来自于电磁场的干扰。为此，笔者结合自身对相关文献的阅读，对当前无人机技术的应用及发展展开讨论，希望为该领域研究做出贡献。

关键词:无人机;通信技术;应用

随着世界经济的不断发展，民主与自由逐渐成为了当今时代的主题。但是，恐怖分子、军国主义等反派分子依旧存在，他们不断给世界和平带来巨大威胁，从而促使当代各国间对先进军事技术的研究从为停步。无人机技术就是在这一时代背景下所诞生的重要军事技术。通过采用身体体积较小、整体造价成本较低、便于运输与拼接的科技无人机，可以实现该飞行设备在广阔的战场或者是敌方区域内自由穿

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梭。随着当代科学与信息技术的飞速发展，无人机所依赖的重要地面信息控制技术也得到了不断进步，从而极大地提升了新一代无人机的控制范围、飞行时速以及侦测时常，给当代军事发展带来了巨大促进作用。无人机借助无线信号通信技术科与地面控制室保持实时的沟通，将其所获取的数据及时进行反馈与传递。因此，可以发现，无人机技术能否得到提升，使其能够更加准确的、高效的实现进行的侦测、传递、反馈、搜索等，都将十分依赖于无人机通信技术。并且，随着世界战场中无线信息设备使用的种类较多，容易对无人机的操作产生巨大影响。为此，针对这一有效联通地面与天空的无人通信技术开展研究就十分重要与关键，其将影响到无人机工作的整体质量。

一、无人机通信面临的问题

在上一部分中，作者通过研究发现，无人机通信技术在无人机工作与运行当中扮演着重要的角色，并发挥着重要的作用。但是，随着科学技术的进步，反侦测、反通信等技术的开发及战场趋于复杂化的环境，给当前无人机技术带来了巨大影响，其主要体现在如下两个方面:第一，当前战场中环境复杂，使用频率信号进行反馈与控制的装备逐渐增加，从而导致战场中对设备进行合理信号分配变得较为复杂。例如:在上个世界末，美国在伊拉克所发动代号为沙漠风暴的军事制裁行动当中，其所需求的通信信号频率分配已经受到

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了制约。当时，美国国内可为该次行动所提供的信号频率仅占其总数的百分之七十五，其余信号频谱的帮助均来自于当时的北约联盟，或者是从他国临时租用的卫星设备。而随着无人机技术的快速发展，已经各类军事活动对无人机操控性需求的增加，促使无人机整体频谱带宽显著增加，从而进一步给当代军事区域的频谱分配带来了巨大压力;第二，周边通信信号的潜在影响。随着当代我国家用智能电器的普及和手机等移动终端无线上网的发展，促使无人机在执行任务过程当中，受到众多无线电通信信号的影响，从而导致两者之间的信号容易交叉、争夺传递资源，对无人机的控制、信息获取与传递带来了极大不便。

二、无人机关键技术的应用研究

在精干、短小的无人机上搭载信号发射器本身就是一门较为复杂的科学，其还需要保持整个飞行器运作过程中的稳定性、精确性，从而给无人机技术的开发带来了极大挑战。就目前世界范围内对无人机技术开发的研究而言，美国处于领先地位。美国军队中所使用的无人机通信技术相较于其他国家的技术而言，其在通信信号的带宽、频率等方面都有着独特的设计，从而使其能够在进行信息与数据流的收发过程中变得更加稳定、灵活，并具有较强的适用性。依托上述优势与特点，在为无人机配备具有专业技术的操作人员后，就可基于他们的专业技术，使无人机的控制与操作人员的意志

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相互匹配，促使无人机能够更高效与高质量的投人工作当中。

在无人机开发过程中所使用的技术以通讯信息技术为中心，综合利用了数据链技术、网络中心通信技术。借助上述两种技术，实现了无人机系统成功构建其自身操作平台与运行网络，使地面控制室可通过指挥控制、操作管理、数据分析等方式，实现其所想借助无人机的动作与运行轨迹，实现对无人机任务的完成。针对数据链技术而言，其赋予了无人机数据传递的整个系统，是整个无人机正常运行与有效工作的重要保证。利用数据链技术，在无人机上安装传感器、指控系统与武器，可促使地面操作控制室与无人机之间有效沟通的实现，并为整个作战流程、侦测轨迹提供信息交换、信息控制的支撑，使整个无人机任务执行过程变得更具有准确性与时效性。因此，上述系统在周围侦测环境改变的影响下，其首当其冲受到外部信号源影响，应对其给予足够关注。例如，为了有效改变其所处的现状，可积极采用具有标准化格式的信息或消息、使用更加难以混淆的组网协议，也可进行特殊的加密保护以增强抗干扰的特定，从而使无人机技术能更加有效的应用于现代军事领域。

针对网络中心的通信技术而言，其在整个无人机任务执行当中发挥着重要的中转站作用。利用网络中心的构建，可

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实现对无人机传递信号的整理、分析与储存，也可实现对信号源的两点传递，从而实现对无人机的更佳控制，促使无人机系统信息的有效使用。就目前无人机所处的外部环境而言，网络中心应当在容量上、稳定性上、可靠性上等多个方面给予努力，从而减少外部因素干扰，使整个网络能够承载更多信息，并实现信息的有效处理。使短小精悍的无人机发挥出相较于其体积万倍大的重要作用。

三、结语

通过上文的研究可以发现，无人机技术在当代军事领域当中应用十分普遍，其依托现代通讯技术、数据链技术、网络中心技术，实现整个无人机控制平台的打造。通过为无人机安全传感接受装置、信号传递终端及动作感应装置等，可实现地面与空中控制时效性的增强。借助无人机技术，可实现对地形资源数据的收集，也可实现对目标区域的侦查。但是，无人机技术也受到了军事技术发展与现代无线电信号使用增加的限制，使其不得不进行相应的改进。为此，作者在文中借助对无人机技术的应用研究，提出相应对策与建议，希望能为我国无人机技术发展带来促进作用。

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范文五：无人机技术论文

无人机技术论文

摘要

本文以某型固定翼无人机为研究对象，主要研究了基于常规PID和智能PID的无人机飞行

控制律的设计问题，首先，建立了无人机的六自由度数学模型，并运用小扰动线性化方法和

系数冻结法分别建立了无人机纵向与横侧向系统的线性化方程:其次，介绍了一些常用的PID

控制器参数整定法和智能PID控制的基本思想，作为飞行控制律设计的理论基础:再次，分

别采用常规PID和智能PID进行了纵向系统与横侧向系统控制的设计，并针对不同空域的

一些典型的状态点进行了大量的仿真研究。仿真结果表明，我们所设计的常规PID控多数

情况下能满足要求，智能PID控制器则具备更强的鲁棒性，能适应不同空域中更多的状态

点。

关键词:无人机，常规PID(自动控制)，智能PID(自动控制)，飞行控制律，

无人机飞控系统的仿真研究

ABSTRACT

The primary purpose of this the conventional PID control and intelligent PID control strategies to the design of the UAV’s(Unmanned Aerial Vehicle)fight control law.

First of all，the UAV’5six一degrees一of-freedom(6一DOF)math linearized.Then some basis the

ores and the physiques about conventional PID control and

intelligent PID control are mentioned followed by a Profound research on the control semen of the log attitudinal land lateral control system of the UAV.conventional PID and intelligent PID control strategists competitively plied to the design of the flight control law of the UAV’5fourfundamentalflighteontrolmode，in eluding Pithing angle control

mode，altitude holding mode，roll in gangle control mode and yaw angle control mode. Finally，an amount of simulation 15 designed to validate effectiveness of the flight 。o一troll law based on conventional PID and intelligent PID control strategies.The results of the simulation show that the conventional PID flight control law effective，and the intelligent PID

flight control law superior to the forme rone.

Keywords: UAV , The conventional PID，Intelligent PID，Flight Control Law ，

前言:

无人机(缩写为UAV)又称“空中机器人”，是一种动力驱动、机上无人驾驶、可重复使用的航空器的简称UAV”。它大体上是由无人机载体、地面站设备(无线电控制、任务控制、发射回收等起降装置)以及有效负荷三部分组成的。根据无人机的结构、飞行时间、飞行距离或执行任务的性质等特点我们可以把它划分成不同种类。从总体结构来看，无人机有固定翼、垂直旋翼、倾斜旋翼、旋翼/固定翼之分;根据活动半径和续航时间，无人机可大体分为近程、短程、中程和远程四类;根据用途，我们又可以把无人机分为军用和民用两大类。无人机是1917年由英国首先研制成功的。虽然它问世已久，但直到加世纪50年代才得到了真正的发展。当时世界各国空军开始大量装备无人机，将其作为空靶使用。此后，美国率先研制成功无人驾驶侦察机，并开始用于越战。到了80年代，无人机得到了更为广泛的应用。在198年的中东战争中，以色列在贝卡谷地交战中，用“侦察兵”和“猛犬”无人机诱骗叙军的地空导弹的制导雷达开机，侦查获取了雷达的工作参数并测定了其所在位置。无人机的飞速发展是在海湾战争后，以美国为首的多国部队的无人机在海湾战争中成功地完成了战场侦察、火炮校射、通信中继和电子对抗等任务。在科索沃战争中，美国及北约盟国总共使用了近300多架无人机当开路先锋，用于中低空侦察和长时间战场监视、电子对抗、战况评估、目标定位集气象资料、营救飞行员和散发传单等任务。在美国对阿富汗的反恐战争中，无人机更是大显身手，成了追捕拉登及其基地成员的有效兵器，尤其是对基地组织成员发动的空袭，开创无人机运用的先河。新世纪之初，无人机的发展进入了一个崭新的时代各种性能各异、技术先进、用途广泛的新型机种如长航时无人机、战斗无人机和微型无人机等不断涌现。2001年，美国的“全球鹰”中空长航时无人机完成了越洋飞行，创造了航程和飞行时间的世界记录。“捕食者”中空长航时无人机在美对阿富汗的空袭中，首次挂载了导弹对阿富汗的地面目标进了实弹攻击，从而开创了无人机执行对地攻击任务的先例。

近年来，无人机的使用范围已拓展至军事、民用和科研三大领域:在军事上，可用于侦察监视、通信中继、电子对抗、火力制导、战果评估、骚扰诱惑、对地(海) 攻击、目标模拟和早期预警等;在民用上，可用于大地测量、城市环境检测、地球资源勘测和森林防火、农业勘测、交通、民用导航、环境保护、边境巡逻与控制、自然灾害的监视与救援等;在科研上，可用于大气研究、气象观测、对核生化污染区的采样与监控、新技术新设备和新飞行器的试验验证等。

无人机广泛的应用价值，尤其是在军事上的重要性己得到了世界各国的高度重视，这里侧重

讲军事无人机

无人机的布局方案:

(1)布局简述:

(1)无人机数学模型:

无人机设计需要把动力，数学，空气动力学，飞行力学，启动控制。材料和工艺，动力系统，机械设计，结构力学等学科以及其他应用科学及基础科学的知识结合在一起。面向系统进行研究。一数学模型为基础，系统设计的问题可以归纳为:总的目标函数在多种约束条件下的优化问题。

数学模型的简历从设计对象的形式描述开始，在一般的请款下。设计对象靠其模型表达出气概念。为此已开始要找出合适的参数。使其能对模型分析的结果产生实质性的影响，这是设计工作带有创造性的十分重要的阶段，因为实质性的决定在很大程度上与设计的阶段，设计任务类型有关，在很大程度上与设计者的经验和设计对象的透彻有关。

按照增和设计的方法，试图建立包括与设计工作有关的所有问题的万能的飞机设计模型是没有意义的。模型的形式，其完备性和可靠性不但取决于设计的工作阶段和设计任务，而且取决于所研制飞机的型别。

在得及论证设计阶段，数学模型的作用特别大，基本上是采用有效模型和经济性来描述大量的各个系统和组成部分的功能。无人机气动布局可以作为整个无人机系统的一员，其数学

模型可视为参数化的点的模型，这是飞机气动布局设计成为面向工程的设计。

在飞机初步设计和详细社阶段所使用的模型则不同，应尽量详细的完备的考虑影响选择设计方案的各种因素。这时数学模型可视为参数化的实体模型，飞机设计面向产品的设计。根据飞机性能和参数的关系了将反映器结构和功能的不同方面分组，组成一系列的子模型，主要有:

1，几何模型，描述无人机参数和其外形及尺寸特性之间的关系。用于在选定的飞机总体布局和容易丁参数情况下确定飞机的集合定义，如外形，表面积，容积，以及机翼，尾翼和机身截面等。这一模型数据用于重量重心，气动和强度计算，无人机的气动布局和内部设置，结构的布置，以及工艺装配与数控。因此，这一模型也成为统一模型。

2，重量模型，统一描述无人机几何形状与结构承力系统，飞机结构与设备布置，飞机装载情况与飞机及各部件重量之间的关系。

3，气动模型，描述无人机的几何特性和气动特性(在各种飞行状态下的气动阻力，升力，力矩，以及力矩系数)之间的关系。

4，动力装置模型，描述在各种飞行状态下，发动机的尺寸，布置和推力及耗油率之间的关系。

(3)无人机参数优化:

有了完全能反映实际对象的模型，就可以着手解决雪赵可行的或最优的目标设计参数对于求目标函数极值的优化问题，数学模型可以表达为:

min

n，，Fx,yX,Y,R s.t.

，，gx,y,0,u,1,2,...m u

，，hx,y,0,v,1,2,...,p v

r，，，，，，，，FX,Y,[fx,y,fx,y,...fx,y]公式中，是q位目标向量;x为设计12q

变量;y为状态变量

无人机设计必定属于多目标化问题，考虑到多目标函数最优化问题中个目标函数在同一层面上的重要程度不一样，采取加权组合法，将各项分目标函数按下式组合成统一的目标函数:

，，，，Fx,y,wfx,y,min,jii,1

式中为加权因子，是一个大于零的实数，其值决定于各项目标的重要程度及其数量级 wj

可以采用正规化加权处理，即表示个目标的相对重要程度，显然，加权因子选择w,1,j,1j

是否合理，将直接影响优化设计的结果，期望各项目标函数的下降率尽可能调整相近。且使各变量变化对目标函数值的灵敏度尽量趋于一致。

考虑到多目标优化问题个目标主次关系不一样，在优化设计中显然应该考虑主要目标，同时兼顾次要目标。主要目标法一次为指导思想。该方法首先将q个目标函数按其重要程度作出排列。然后一次球各项分目标函数的极小值。

无人机技术:

无人机主要有五项目关键技术，分别是机体结构设计技术、机体材料技术、飞行控制技术、无线通信遥控技术、无线图像回传技术，这五项目技术支撑这现代化智能型无人机的发展与改进。

机体结构设计技术:飞机结构强度研究与全尺寸飞机结构强度地面验证试验。在飞机结构强度技术研究方面，包括飞机结构抗疲劳断裂及可靠性设计技术，飞机结构动强度、复合材料结构强度、航空噪声、飞机结构综合环境强度、飞机结构试验技术以及计算结构技术等。

机体材料技术: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，以减轻飞机的结构重量，改善飞行性能或增加经济效益，还应具有良好的可加工性，便于制成所需要的零件。非结构材料量少而品种多，有:玻璃、塑料、纺织品、橡胶、铝合金、镁合金、铜合金和不锈钢等。

飞行控制技术:提供无人机三维位置及时间数据的GPS差分定位系统、实时提供无人机状态数据的状态传感器、从无人机地面监控系统接收遥控指令并发送遥测数据的机载微波通讯数据链、控制无人机完成自动导航和任务计划的飞行控制计算机，所述飞行控制计算机分别与所述航姿传感器、GPS差分系统、状态传感器和机载微波通讯数据链连接。本实用

新型采用一体化全数字总线控制技术、微波数据链和GPS导航定位技术，可使无人机平台满足多种陆地及海上低空快速监测要求。

无线通信遥控技术:无人机通信一般采用微波通信，微波是一种无线电波，它传送的距离一般可达几十公里。频段一般是902,928MHZ，一般都选用可靠的跳频数字电台来实现无线遥控，北京节点通有成熟的应用。

无线图像回传技术:采用COFDM调制方式，频段一般为300MHZ,实现视频高清图像实时回传到地面，比如nv310等，节点通有多种应用。

说到无人机，我们主要说下他在军事上面的应用，现说下无人战斗机所具有以下优势:

*更强的机动性——近代，战斗机内人体忍耐力会限制军队在快速行动期间利用飞机集中人员

的数量，而无人战斗机消除了这一瓶颈，从而使得机动性大幅提高。

*重量更小——重量可以影响很多方面，如续航时间、加速、有效载荷等。毕竟驾驶舱内的一两名飞行员及所有物品会有很大的重量。

*更好的空气动力——不需要驾驶舱顶蓬。

*环境感知——利用无人战斗机能够在地面上构建虚拟座舱，这比飞机上安装任何装置都有效。而且，对于执行制空任务而言，环境感知是很重要的，而空空作战并不需要在实际飞机上进行侦察。

*不会让相关人员疲劳——地面飞行员可以控制他们的无人战斗机，执行任务时更舒适，更灵活。

*耗资更低——飞行部队耗资更低。所有的人机互动装置、生命维持、弹射座椅等会需要很多资金，但如果是无人战斗机，就仅需要人机交互装置，而且许多无人机可以共用一个，更低价，无需承受所有的压力。相关人员只需与无人战斗机进行通信，而且飞机中已经有一些通信方式，所以不会有大的变化。

*让飞行员远离危险——无人战斗机能够挽救飞行员的生命。训练飞行员的成本很高，而且很难迅速进行替换。

*无人战斗机能够开展远程超视距外空对空攻击以及视距内近程作战，而且无人战斗机成本低、数量与质量相当并且有可能用于与敌军同归于尽的战术中。

现在列举举世闻名的美国“全球鹰”

基本参数

“全球鹰”机身长13.5米，高4.62米，翼展35.4米，最大起飞重量11622千克。翼展和波音747相近，因此“全球鹰”是一种巨大的无人机。 “全球鹰 ” 机载燃料超过 7 吨，最大航程可达25945千米，自主飞行时间长达41小时，可以完成跨洲际飞行。可在距发射区5556千米的范围内活动，可在目标区上空18288米处停留24小时。

飞行控制系统采用GPS全球定位系统和惯性导航系统，可自动完成从起飞到着陆的整个飞行过程。 RQ-4A在2001年4月进行的飞行试验中，达到了19850米的飞行高度，并打破了喷气动力无人机续航31.5小时的任务飞行记录。这项记录曾经是Compass Cope-R无人机保持了26年之久的世界记录“全球鹰”可同时携带光电、红外传感系统和合成孔径雷达。光电传感

器工作在0.4到0.8微米波段，红外传感器在3.6到5微米波段。光电系统包括第三代红外传感

器和一个柯达(KODAK)数字式电耦合器件(CCD)。合成孔径雷达具有一个X波段、600MHZ、3.5千瓦峰值的活动目标指示器。该雷达获取的条幅式侦察照片可精确到1米，定点侦察照片可精确到0.30米。对以每小时20

到200千米行驶的地面移动目标，可精确到7千米。一次任务飞行中，“全球鹰”既可进行大范围雷达搜索，又可提供7.4万平方千米范围内的光电/红外图像，目标定位的圆误差概率最小可达20米。装有1.2米直径天线的合成孔径雷达能穿透云雨等障碍，能连续的监视运动的目标。

“全球鹰”更先进的优点是，它能与现有的联合部署智能支援系统(JDISS)和全球指挥控制系统(GCCS)联结，图像能直接而实时的传给指挥官实用，用于指示目标、预警、快速攻击与再攻击、战斗评估。RQ-4A还可以适应陆海空军不同的通信控制系统。既可进行宽带卫星通信，又可进行视距数据传输通信。宽带通信系统可达到274MB/秒的传输速率，但目前尚未得到支持。波段的卫星通信系统则可达50MB/秒。另外机上装有备份的数据链。每架“全球鹰”造价约5,100万美元。由于美空军准备再购买66架，单价可望降到 2,000万美元左右。相比之下U-2每架造价超过5,200万美元。

结束语

综上所述,加快基础研究、实现生产控制律成熟化及系统集成完善化,才能够使无人机性能更加优良。改良控制信号的测试和传递,应用飞行力学中先进的控制技术,从而实现无人机空中格斗和机动飞行性能,使得无人机在军事和民用方面应用更为广泛目前,在已知的无人机发展情况的基础上,已经开始着手利用模型飞机进行无人机的轨迹控制研究工作,已对飞机本体特性进行了研究,设计了控制律,并进行了计算机仿真工作。在无人机上的试验也正在筹备过程中。另外,也将进一步完善对无人机的理论研究工作。相信随着国内科学技术的飞速发展,无人机将会取得更加辉煌的成就

我们所学习的机器人基础，虽然人数比较少，但是老师讲课非常仔细，全面，让我们从书本上，视频上更好的了解了机器人的发展，了解了机器人光明的前景，觉得机器人在日常生活中，工业中，尤其是军事上面的应用以后会更加的广泛...

参考文献

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机器人技术基础结业论文

无人机技术论文

姓名:赵波波

学号:11004020137 班级:机械3班

学院:机械工程学院

指导老师:王黎明

2013.11

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