AI 科技 评论按： 日前，哈工大朱晓蕊教授等人在中国工程院院刊《信息与电子工程前沿》（英文）（Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering，FITEE）上发表了一篇题为《针对无人机系统安全的新型层级式软件架构》（A new hierarchical software architecture towards safety-critical aspects of a drone system）的论文，提出一种覆盖底层源代码到上层用户任务代码的新型层级式软件架构，能够有效地提高无人机系统安全性与可靠性。
目前，对于基础技术日趋成熟的无人机领域来说，无人机系统的安全性还是一个欠缺关注的研究方向，然而，这一研究方向对于无人机未来发展而言至关重要。因而，朱晓蕊教授等人在这一方向上的研究颇具前瞻性，其工作成果也独具开创性意义。雷锋网 AI 科技 评论借此机会拜访了朱晓蕊教授，深入探讨了其开启这项工作的背景、研究历程以及对于无人机领域的一些思考。
实际上，在无人机系统安全这个项目之前，朱晓蕊教授的研究方向主要是无人机控制和导航，而之所以转到无人机系统安全的研究则源自于她与耶鲁大学邵中教授一次对话中受到的启发：系统安全会成为无人机等小型智能系统未来的一个重要问题。
2014 年底，朱晓蕊教授在与来自耶鲁大学的邵中教授进行学术交流的过程中，了解到邵中教授一直在进行安全操作系统方面的研究，并在这个领域处于国际最前沿。而当时还在专注于无人机控制、导航研究的朱晓蕊教授，意识到她此前所做的这些研究工作实际上都已经趋向成熟，正在思考无人机未来的研究方向，邵中教授的这一研究方向则带给了她一个新的研究思路。朱晓蕊教授在采访中「他正在做这项工作就提醒了我，无人机这类小型智能系统的安全问题，会成为未来一个比较重要的问题 」。
然而，当时甚至是现在，无人机领域对于安全性问题的关注度都比较少。对此，朱晓蕊教授指出：「需要注意的一点是我们研究的基本上是小型飞行器，而小型飞行器和大型飞行器的区别是非常大的。光就安全性而言，大型飞行器很早就按照 Safety Critical System 启用了标准度很高的 系统安全验证，虽然在安全验证方面的人力、物力的耗费量都非常巨大，但是它们的一个小小的安全问题就可能带来非常严重的后果，因而即便投入巨大，大家也不得不关注这一问题。然而对于小型飞行器的安全验证问题，目前领域内国际上只有极少数研究者开始尝试去做这些事情，因为这是一个全新的东西，一切都从新开始。」
正是基于上面的两点考量，朱晓蕊教授决心要成为「第一批吃螃蟹的人」，与邵中教授开启了无人机系统安全的研究项目。
「当无人机这类智能系统进入到民用领域后，就不可避免地走向小型化，就会在片上资源方面牺牲掉很多的性能，因此直接将大型飞行器的安全验证系统移植到小型飞行器上是不可行的，所以我们就需要设计一个新的软件架构，既保证小型飞行器理论验证消耗不会那么高，又能够保障系统的安全性。传统而言，新系统研发是通过反复地模拟和实际测试来确保系统可靠性和安全性的。但是这种方式从严格意义上是无法完全保证安全性的，会出现看似随机的一些故障，甚至引起飞机坠毁现象。」
同时，为了促成双方正式将无人机系统安全项目提上重要日程，朱晓蕊教授和邵中教授也特地正式申请了国际合作项目。
按照朱晓蕊教授的说法，研究上层系统的人通常并不关注底层系统的细节，只在需要的时候直接使用底层系统，而反过来，研究操作系统的人往往也很少考虑上层系统的情况。因此，无人机等智能系统的上层系统和底层操作系统之间相当于存在一块「隔板」，二者间往往只存在最基本的互动。
「这样的话，这两个方向的研究者在进行安全测试时，往往只测试各自系统内的交互情况，然而这样仅仅只能确保系统内的安全性，而不能保证上层系统在跟底层操作系统做交互的时候不会出现问题。因此，我们合作这个项目的思路就是要将这两个系统中间的这块隔板打开，将二者作为一个整体来设计软件架构，从而完全保证无人机系统的安全性。」
对于这项工作成果在保障无人机整体安全性上的具体工作原理，朱晓蕊教授介绍道：「我们将所有算法形成的代码设计成分层结构，同时设计好层与层之间的交互架构，然后使用形式化验证的方法去检测层与层之间交互的正确性。」
形式化验证是采用逻辑来验证程序可靠性的一种方法，即用逻辑的方法将一段程序证明一遍，证明它能得到预期的结果并且没有出现错误，例如，欧美国家就将这种验证方法广泛地应用于一些大型飞行器中，由于这些设备的系统一旦出现出现错误，导致的后果会非常严重，同时研究者又无法对其进行一遍一遍的测试，因而形式化验证是可以选择的非常不错的方法。
因此，朱晓蕊教授项目组的这项研究成果不仅以实现上层系统和底层操作系统的层级式互动的方式来保障系统整体的安全性，更从逻辑层面避免了人为测试中所存在的偶然性，保障了安全性和可靠性。而同时从这两个方面着手展开（小型）无人机系统安全测试工作的，朱晓蕊教授等人是首创者。
实际上，无人机系统安全这个合作项目在 2014 年底就启动了，然而一直到现在才出成果，朱晓蕊教授表示背后的原因主要有两点：
此外，朱晓蕊教授还提到了她这边存在的一个比较严峻的问题，就是在现行的培养体制下，一方面是由于研究生培养年限比较短，另一方面则是因为学生对于新事物的热情和好奇心也不够，畏难心理比较明显，因此她这边参与项目的学生更替很快，这样的话，轮到下一批加入的学生，他们又要去学习操作系统方面的知识，这就又需要耗费一个周期的时间了。
谈及至此，朱晓蕊教授也就目前国内高校学生存在的一些问题提出了两点自己的期望：
也正是基于这种期望，朱晓蕊教授在日常教学中也始终坚持引导学生树立正确的研究思路：「所以我也一再地跟我的学生强调，我要教给他们的是一套系统的做科学研究的方法论，是怎样从零或一个 idea 开始做出一套有说服力的成果的方法，让他们最终在毕业答辩的时候能够自信地将自己做出来的这些成果讲给别人听，而不是说一定局限在课题所涉及的特定研究领域。」
对于无人机系统安全研究的这一版研究成果，朱晓蕊教授表示，目前还没有达到最理想的状态，因此下一步的规划还是希望参与研究的学生能够再花半年到一年左右的时间，实现该方案的最佳效果。
「下一步，我们会利用虚拟化技术来完善无人机系统安全方案，具体来说就是用虚拟化技术来将智能系统中对安全重要和对安全没那么重要的部分隔开来，从而减少不必要的安全验证消耗 。以无人机为例，它其中的某些模块对于安全来说至关重要，一旦出现问题，可能会直接导致无人机停止运行（从空中掉下来）；而其中也有部分模块对安全性而言不那么重要的，例如一些第三方程序，对于飞机整体的安全性不会造成太大影响，就不需要付出代价去证明这部分模块的安全性。因此，大概再花一年左右的时间，整个安全方案就比较完整了。」
同时，朱晓蕊教授希望，这一系统安全性验证方案不要被局限于无人机。「它同样可以给其他小型智能系统包括无人驾驶带来很大的价值。实际上，这个方案如果应用到无人驾驶这些场景中，实现原理其实还是一样的，只不过需要针对这一套系统进行修改和调整，因此说，我们实际上提出的是一套可以广泛应用的方法论。」
而对于目前每年只能各自投入 1 到 2 名学生的耶鲁合作项目来说，人手同样是一个亟需解决的问题，因此扩充科研队伍同样也是下一步规划中的重要内容。
「本次之所以希望通过媒体来报道这项成果，主要也是有两个诉求：第一个就是希望更多对这项研究感兴趣的人能够加入到我们的研究队伍中来，从而更快地推进项目进度；第二个就是希望我们在无人机系统安全方面的这项研究成果能给相关领域研究者带来一些启发，启发他们去挖掘领域内目前还未受到较大关注但对未来而言至关重要的研究方向。」
学界和业界应该怎么分工？
朱晓蕊教授认为，学界和业界由于各自的性质以及承担的 社会 责任不同，分工也不尽相同，如果二者能够各司其职，形成一个非常良性、平衡的合作状态，对于无人机以及整个人工智能领域的发展会大有裨益。
「对于学界而言，首先一定要做一些超前的事情，在一些业界乃至整个研究领域还没有关注到的问题上，先要尝试着去开展研究工作，所有的研究工作往往在获得成功之前都要经历一个漫长的过程，所以，学界应该充当这个引路者的角色；其次，我认为学界的价值是提出一些能够对业界具有启发性意义的新的 idea，正如我之前所提到的，我们的研究实际上更像是提出了某一套具有普遍适应性的新方法，业界可以借鉴，并在我们的新思路和新方法上进行完善，从而最终与真正的应用场景实现对接。
而对于业界来说，他们需要做的便是将学界提出的新方法、新成果落地到各个细分应用场景中，并利用其丰富的人力、物力资源来推进某项成果不断完善和升华，最终对整个 社会 的实际发展负责。」
无人机领域的最终目标为何？
对于目前无人机领域的整个发展情况，朱晓蕊教授还是比较有信心的，她认为在技术层面，无人机的通用性已经做得相对来说比较成熟的，接下来要着重解决的就是产业化落地的问题。
「目前就我看来，无人机领域在基础技术方面都不错，就差在细分行业中有针对性地应用了。因为不同的细分行业对于这些基础技术都有特殊且具体的要求，因此我认为这其中还有很多可以挖掘的东西。当技术和市场、成本达到一个平衡的状态时，无人机领域差不多就是一个比较理想的状态了。」
论文： 《针对无人机系统安全的新型层级式软件架构》
作者： 朱晓蕊，梁辰，殷振国，邵中，刘孟启，陈昊
中文摘要： 本文提出了一种覆盖从底层源代码到上层用户任务代码的新型层级式软件架构，用于提高无人机系统的安全性与可靠性。在这种软件架构下，每一个软件模块采用形式化验证的方法验证其源代码符合设计规范，而且这些软件模块基于经过形式化验证的操作系统内核CertiKOS，因而从理论上保证无人机系统不存在软件漏洞。考虑到无人机的机载传感器会对系统可靠性产生显著影响，本文对驱动传感器的SPI总线与I2C总线进行形式化验证，并针对总线异常的情况设计完成相关实验。实验结果表明此类软件架构能有效提高无人机系统安全性与可靠性。
关键词： 安全关键系统；无人机；软件架构；形式化验证；
本文引用格式：
Xiao-rui Zhu, Chen Liang, Zhen-guo Yin, Zhong Shao, Meng-qi Liu, Hao Chen, 2019. A new hierarchical software architecture towards safety-critical aspects of a drone system. Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering, 20(3): 353-362.
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以下面案例为例：陆兴华. 姿态融合滤波的无人机抗干扰控制算法[J]. 传感器与微系统, 2016, 35(7):116-119.表明该篇《姿态融合滤波的无人机抗干扰控制算法》论文发表在《传感器与微系统》的2016年第35卷，第7期的第116-119页。同样的，你所问的2002,37(2):107-114表示的是该论文在对应期刊的2002年第37卷第2期的第107至114页上。
推荐《农业工程学报》，核心期刊、CA期刊、EI期刊、CSCD期刊
复合影响因子：3.118
《农业工程学报》被以下数据库收录：
CA 化学文摘(美)(2014)
JST 日本科学技术振兴机构数据库(日)(2013)
Pж(AJ) 文摘杂志(俄)(2014)
EI 工程索引(美)(2016)
CSCD 中国科学引文数据库来源期刊（2017-2018年度）（含扩展版）
北京大学《中文核心期刊要目总览》来源期刊：
1992年(第一版),1996年(第二版),2000年版,2004年版,2008年版,2011年版,2014年版;
期刊荣誉：
中科双效期刊;Caj-cd规范获奖期刊;
2014年全院发表学术论文1117篇，同比增长16.6%，其中第一作者SCI检索论文371篇（同比增长64.89%）、EI检索论文114篇。出版专著25部。
中国地质科学院（院属单位）和中国地质学会（办事机构挂靠中国地质科学院）主办10种学术期刊，包括《地质学报（英文版）》（SCI检索刊物）、《地球学报》（EI检索刊物），《地质学报（中文版）》、《矿床地质》、《地质论评》、《中国岩溶》、《岩矿测试》（CA收录刊物），《岩石矿物学报》、《地质力学学报》（中文核心期刊）、《地下水科学与工程》（英文版）。
2014年，中国地学期刊网（）使用效果显著。目前是国内地学界唯一的容纳期刊最多的网站。同时，该网站还吸引了大批的海外读者，网站统计显示海外访客来自于美国、加拿大、德国、澳大利亚、日本、蒙古等十余个国家，网站海外显示度日益增加，突破了新语障。
《地质学报（英文版）》（ACTA GEOLOGICA SINICA（English Edition））：由中国地质学会主办，创刊于1922年，原名《中国地质学会志》，是我国历史最悠久的科技期刊之一。现为双月刊，刊物多次获得科技部、中宣部和新闻出版总署的表彰，入选2001年中国科技期刊方阵，自2006～2014年连续获中国科协A类精品期刊工程资助。近年来，刊物在国际化的进程中步伐大大加快。连续被美国科技情报研究所的《科学引文索引》（SCI、CA）等十多家著名文摘或数据库选为源期刊。2010～2011年本刊继续得到国家自然科学基金委员会“重点学术期刊专项基金”资助。2012年荣获中国科协、财政部“优秀国际科技期刊一等奖”，“中国最具国际影响力的学术期刊”称号；2013年荣获国家新闻出版广电总局“百强报刊”称号。
中国地质科学院年报.2014
2013年《地质学报（英文版）》在JCR中，影响因子为1.406，引文频次为2358次。登载的论文水平，基本上与国际刊物的论文水平接轨。2014年地质学报（英文版）共出版6期，1936页；收稿总数413篇，刊发论文总数132篇，NEWS12篇；刊发各类基金论文比92%，海外论文比31%。全年共发表国外论文41篇，这些论文主要来自澳大利亚、日本、印度、巴基斯坦、伊朗、土耳其等国，扩大了刊物的国际影响。本刊还登载一批在国际地学界处于前缘领域的我国科技人员的研究成果，向世界展示了我国地质科研的重大突破，其中追踪学科热点组稿22篇。2014年地质学报（英文版）荣获的“中国科技期刊国际影响力提升计划项目”顺利结题。2014年被北京市印刷工业产品质量监督检验站评为优等印刷品。这些是刊物长期以来重视科技期刊国际化建设的结果，也标志着刊物质量水平达到了一个新的高度。
网址：
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国外：
《地质学报（中文版）》（ACTA GEOLOGICA SINICA）：由中国地质学会主办，其前身为《中国地质学会志》，是中国最早的科技期刊之一。它以反映中国地质学界在地质科学的理论研究、基础研究和基本地质问题方面的最新、最重要成果为主要任务，兼及新的方法和技术。《地质学报（中文版）》现为月刊。该刊多次获得科技部、中宣部和新闻出版总署的表彰，入选2001年中国科技期刊方阵，2005年获国家期刊奖，2012年荣获中国最具国际影响力学术刊物称号。2006～2014年连续赢得中国科协B类精品期刊工程资助，是国内外多家文摘或数据库的源期刊，在中国科技情报研究所的统计中影响因子、总被引频次等指标一直名列前茅。
2014年发表论文160篇，共2600页，基金论文比达98%，其中超过半数为重大科研项目（如国家“973”项目或国家自然科学基金项目）支持的成果，为展示国家科技成果提供了广阔的舞台；出版两期专辑，为“深部探测专辑”与“陈毓川院士80华诞暨从事地质工作60周年纪念文集”，为学科发展提供了动力。2013年核心影响因子为1.770，总被引频次为4430次，综合评价总分74.3，影响因子、总被引频次及综合评价总分在地质科学类排名分别为第4位、第2位和第2位。《地质学报（中文版）》一直常年吸引着众多作者投稿，投稿量居高不下，退稿率颇高，表明本刊有良好的论文来源，吸引了广大的读者。
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中国地质科学院年报.2014
中国地质科学院年报.2014
中国地质科学院年报.2014
《地质论评》（GEOLOGICAL REVIEW）：由中国地质学会主办，创刊于1936年，一直以爱国、争鸣为办刊宗旨。刊头图案，缺右上残左下，为创刊之时东北遭侵吞，西南被蚕食，一直沿用至今，表达了我国地质学家的忧国爱国之情。《地质论评》现为双月刊，以论、评、述、报为特色。
中国地质科学院年报.2014
中国地质科学院年报.2014
中国地质科学院年报.2014
中国地质科学院年报.2014
《地质论评》是中文核心期刊，曾获得科技部、新闻出版总署、中国科协的国家期刊奖、优秀科技期刊奖、双奖期刊称号，被国内外众多检索系统收录。在中国科技情报研究所的“中国科技期刊论文统计分析”中，其影响因子、总被引频次等指标多年来均位居前列；2005年获国家期刊奖提名奖；2006年入选中国科学技术协会精品科技期刊工程；2009年被中国科学技术信息研究所评为中国百种杰出学术期刊，2012年荣获中国最具国际影响力学术刊物称号。2014年发表论文130余篇，通讯资料和消息报道10多篇。据中国科技情报研究所统计，2013年《地质论评》的影响因子为1.112，总被引频次2407，综合评价总分56.9，综合评价总分在地质学类期刊中排名第4。
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《地球学报》（ACTA GEOSCIENTICA SINICA）：是中国地质科学院主办，由科学出版社出版的双月学术期刊。《地球学报》是中国科技核心期刊、全国自然科学核心期刊、全国中文核心期刊、中国科技论文统计源期刊、中国科技期刊精品数据库收录期刊、中国科学引文数据库核心库来源期刊、首批“中国精品科技期刊”，进入SCI总被引频次100以上中国期刊排行榜。2013年成为EI来源期刊。2012年起连续三年荣膺“中国最具国际影响力学术期刊”称号。2013年，《地球学报》核心总被引频次1740次；核心影响因子1.263，在全国1989种核心期刊中影响因子排名第87位。
《地球学报》作为中国地质科学院树立其学术形象的重要窗口，力图充分展示院综合学术水平和科研竞争实力，2014年刊载“中国地质科学院2013年度十大科技进展”全文10篇，同时刊载以“十大科技进展”为主线的封面照片和封面故事。全年共出版正刊6期，刊载论文95篇，报道各类信息快报25篇，共782页。《地球学报》同时发布网络电子版，在编辑部网站上实时提供免费全文浏览下载。
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《矿床地质》（MINERAL DEPOSITS）：创刊于1982年，双月刊，由中国地质学会矿床地质专业委员会和中国地质科学院矿产资源研究所主办，是中国唯一报道矿床学最新研究成果的期刊，内容包括矿床地质特征及与矿床有关的岩石学、矿物学、地球化学研究成果和科学实验成果及新技术、新方法。被《ChemicalAbstracts》、《CSATechnologyResearchDatabase》、《 》（俄罗斯文摘杂志）、《中国期刊全文数据库》（CNKI）、《中国科学引文数据库》（CSCD）、《中文科技期刊全文数据库》、《数字化期刊—期刊论文库》、《数字化期刊—期刊引文库》、《中国地质文摘》、《全国报刊索引—自然科学技术版》、《有色金属文摘》和《中国学术期刊文摘》等检索期刊及数据库收录。
2014年《矿床地质》刊出96篇，并始终保持基金项目的较高比例。2013年影响因子为1.551，位居地学类期刊第5名，全国1989种核心期刊中影响因子排名第43位，总被引频次2423次。《矿床地质》再次荣获“2014中国最具国际影响力学术期刊”和“中国精品科技期刊”称号，编辑部参与了“领跑者5000——中国精品科技期刊顶尖论文”项目，根据中国科技论文引文数据库（CSTPCD）单篇文章定量评估与同行评议或期刊推荐相结合的方法，有2篇发表在《矿床地质》2013年的论文获得提名。2014年《矿床地质》编辑部网站点击率近六百万次。
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《岩石矿物学杂志》（ACTA PETROLOGICA ET MINERALOGICA）：由中国地质学会岩石学专业委员会、矿物学专业委员会、中国地质科学院地质研究所联合主办的学术性期刊，创刊于1982年。2005年起改为双月刊。《岩石矿物学杂志》主要报道岩石学、矿物学各分支学科及有关边缘交叉学科的基础理论和应用研究成果，创造性和综合性研究成果，岩石和矿物鉴定的新方法、新技术和新仪器以及与有关的最新地质科技信息。《岩石矿物学杂志》是国内外多家检索系统和文摘的源期刊，被国内的《全国报刊索引数据库》（自然科学技术版）、《中国地质文献数据库》、《中国地质文摘》、《中国地质文摘》（英文版）、《中国化学化工文摘》、中国科技论文统计与引文分析数据库（CSTPC）、中国科学引文数据库（CSCD）、《中国学术期刊综合评价数据库》、《中文科技期刊数据库》（重庆维普）、台湾中文电子期刊思博网和国际的AJ、BIG、CA、GEOREF、CSA等收录。
2014年共发表论文98篇，1170页。网站点击率已过253万次，在地学类学术期刊中受关注程度较高。2013年影响因子0.995，总被引频次1157，他引率达0.92，在同专业领域期刊中排名较前。再次入选“2014中国最具国际影响力学术期刊”，并且各项指标较2013年均有所提升。
网址：
中国地质科学院年报.2014
中国地质科学院年报.2014
中国地质科学院年报.2014
中国地质科学院年报.2014
《岩矿测试》（ROCK AND MINERAL ANALYSIS）：1982年创刊，由中国地质学会岩矿测试专业技术委员会和国家地质实验测试中心共同主办，是中国唯一的地质分析测试专业杂志，所载内容反映了中国地质物料分析测试的水平。凡是正在进行的科技部重大专项、国家自然科学基金项目、国土资源公益性行业科研专项，地调项目等均在发表之列。
中国地质科学院年报.2014
中国地质科学院年报.2014
中国地质科学院年报.2014
中国地质科学院年报.2014
论文的内容质量是提高刊物核心竞争力的根本，主编和专家的支持是提升刊物学术质量的要素，编辑的专业能力是提高刊物内容质量的关键。2014年本刊文章选题有导向性和启发性，内容充满质感，富含思辨性、论述性、借鉴性。刊物的学术参考价值、整体质量和核心竞争力有所提升。“国际SCI期刊导航”针对重点国际地学和化学SCI期刊的发展方向、学术标准，为青年作者提供了最新的、实用的投稿指导。针对我国作者的薄弱点和本刊报道的主题，2014年举办了两期作者培训班。调整办刊工作思路，聚焦现代各类分析测试技术的研究成果和重要创新，进一步凸显办刊定位，增长在文献领域的学术地位。
2014年发表论文135篇，共908页。网站访问量超过42万次。2013年的影响因子为0.661，总被引频次为1215次。
网址：
《中国岩溶》（CARSOLOGICA SINICA）：创办于1982年，季刊，由中国地质科学院岩溶地质研究所主办，联合国教科文组织国际岩溶研究中心、中国地质学会岩溶专业委员会、中国地质学会洞穴专业委员会协办的我国唯一公开出版的岩溶学术刊物，曾多次被评为广西优秀期刊、中国期刊方“双效期刊”、中国科技核心期刊、全国中文核心期刊（1992，2004年版），并被美国化学文摘（CA）、美国地质文献数据库（GeoRef）、美国剑桥科学文摘（CSA）、日本科学技术振兴机构数据库（JST)、波兰哥白尼索引（IC）、美国乌利希国际期刊指南（UIPD）、及美国汤姆森Gale数据库、美国国会图书馆等国际著名的文献检索数据库及国内的中国科学引文数据库（CSCD）、中国科技论文与索引数据库（CSTPCD）、中国学术期刊全文数据库（CJFD）等收录。
2014年《中国岩溶》共出版4期，刊出论文64篇（514页），内容多为当前岩溶地区经济社会建设所关注或遇到的热点、难点问题，学术性强，应用价值大。2013年的核心总被引频次671次，核心影响因子0.570。
网址：
《地质力学学报》（JOURNAL OF GEOMECHANICS）：由中国地质科院地质力学研究所主办，创刊于1995年，以“弘扬李四光学术思想，求实、创新、发展”为办刊宗旨，是反映地质力学领域科研成果的对外窗口。主要报道地壳运动与大陆地质构造及其动力机制等方面的前沿动态和基础理论研究成果，同时关注矿产资源勘查、地质灾害调查与防治、环境变迁规律等方面的应用科研成果。《地质力学学报》是中国科技论文统计源期刊，中国学术期刊综合评价数据来源期刊，中国科技论文引文数据库的来源期刊，CNKI中国知识基础设施工程中国学术期刊综合评价数据库（CAJCED）统计源期刊；是“万方数据——数字化期刊群”全文上网期刊，被《中文科技期刊数据库》、《中国核心期刊（遴选）数据库》和CNKI中国知识基础设施工程中国期刊全文数据库（CJFD）全文收录。2014年发表论文46篇，共474页。《地质力学学报》同时发布网络电子版，在编辑部网站上实时提供全文浏览下载。刊物的引用率和影响力逐年提高，2013年的影响因子为0.788，总被引频次为451次。
网址：
《地下水科学与工程》（英文版）（Journal of Groundwater Science and Engineering）：是中国地质科学院水文地质环境地质研究所主办的自然科学综合性学术刊物，于2013年4月创刊，英文季刊。刊登水文地质、环境地质、地下水资源、农业与地下水、地下水资源与生态、地下水与地质环境、地下水循环、地下水污染、地下水开发利用、水文地质标准方法、地下水信息科学、气候变化与地下水等学科领域的优质稿件。2014年发表论文48篇，共404页，并入选世界著名地学数据库《GeoRef数据库》，这标志着我国水文地质科学的研究水平得到国际同行的认可。
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（注：期刊影响因子根据2014年中国科学技术信息研究所发布的中国科技期刊引证报告，SCI数据库等）
中国地质科学院年报.2014
中国地质科学院年报.2014
中国地质科学院年报.2014
“我知道地球是圆的，因为我看见了圆形；然后，又看到它还是立体的。当我往下看时，……看到印度洋上船舶拖着尾波前进，非洲一些地方出现灌木林火，一场雷电交加的暴风雨席卷了澳大利亚1000英里的地区，呈现出大自然的一幅立体风景画。” 这是航天员在谈到从航天飞机上看地球的情景时的一段描述。航天技术发展是当今世界上最引人注目的事业之一，它推动着人类科学技术的进步，使人类活动的领域由大气层内扩展到宇宙空间。航天技术是现代科学技术的结晶，是基础科学和技术科学的集成，航天技术是一个国家科学技术水平的重要标志。航天技术是一门综合性的工程技术，主要包括：制导与控制技术，热控制技术，喷气推进技术，能源技术，空间通信技术，遥测遥控技术，生命保障技术，航天环境工程技术，火箭及航天器的设计、制造和试验技术，航天器的发射、返回和在轨技术等。由多种技术融于一体的航天系统是现代高技术的复杂大系统，不仅规模庞大，技术高新、尖端，而且人力、物力耗费巨大，工程周期长。时至今日，航天技术已被广泛应用到政治、军事、经济和科学探测等领域，已成为一个国家综合国力的象征。人类很早就有遨游太空、征服宇宙的理想。宇宙的星球对人类一直充满着吸引力和神秘感，许多美丽的神话和传说，反映了人类对宇宙的向往和探索空间奥秘的心情。《嫦娥奔月》、《牛郎织女》，以及孙悟空腾云驾雾、一个筋斗十万八千里等。航天飞行的历史是从火箭技术的历史开始的，没有火箭也就没有航天飞行。追溯源头，中国是最早发明火箭的国家。“火箭”这个词在三国时代(公元220～280年)就出现了。不过那时的火箭只是在箭杆前端绑有易燃物，点燃后由弩弓射出，故亦称为“燃烧箭”。• 随着中国古代四大发明之一的火药出现，火药便取代了易燃物，使火箭迅速应用到军事中。公元lO世纪唐末宋初就已经有了火药用于火箭的文字记载，这时的火箭虽然使用了火药，但仍须由弩弓射出。真正靠火药喷气推进而非弩弓射出的火箭的外形被记载于明代茅元仪编著的《武备志》中，见图1.1。这种原始火箭虽然没有现代火箭那样复杂，但已经具有了战斗部(箭头)、推进系统(火药筒)、稳定系统(尾部羽毛)和箭体结构(箭杆)，完全可以认为是现代火箭的雏形。中华民族不但发明了火箭，而且还最早应用了串联(多级)和并联(捆绑)技术以提高火箭的运载能力。明代史记中记载的“神火飞鸦”就是并联技术的体现；“火龙出水”就是串、并联综合技术的具体运用，如图1.2所示。世界上第一个试图乘坐火箭上天的“航天员”也出现在中国。相传在14世纪末期，中国有位称为“万户”的人，两手各持一大风筝，请他人把自己绑在一把特制的座椅上，座椅背后装有47支当时最大的火箭(又称“起火”)。他试图借助火箭的推力和风筝的气动升力来实现“升空”的理想。“万户”的勇敢尝试虽遭失败并献出了生命，但他仍是世界上第一个想利用火箭的力量进行飞行的人。 19世纪末20世纪初，火箭才又重新蓬勃地发展起来。近代的火箭技术和航天飞行的发展，涌现出许多勇于探索的航天先驱者，其中代表人物K．3．齐奥尔科夫斯基(~OHCTaHTHH3ayap且oBHq UHOaKOBCKHfi)，R．戈达德(Robert Goddard)，H．奥伯特(Hermann Oberth)。 前苏联科学家齐奥尔科夫斯基一生从事利用火箭技术进行航天飞行的研究。在他的经典著作中，对火箭飞行的思想进行了深刻的论证，最早从理论上证明了用多级火箭可以克服地心引力进入太空的论点。 1、建立了火箭运动的基本数学方程，奠定航天学的基础。 2、首先肯定了液体火箭发动机是航天器最适宜的动力装置，论述了关于液氢一液氧作为推进剂用于火箭的可能性，为运载器的发展指出了方向，这些观点仅仅几十年就成为了现实。 3、指出过用新的燃料(原子核分解的能量)来作火箭的动力；并具体地阐明了用火箭进行航天飞行的条件，火箭由地面起飞的条件，以及实现飞向其他行星所必须设置中间站的设想。 4、提出过许多的技术建议，如他建议使用燃气舵来控制火箭，用泵来强制输送推进剂到燃烧室中，以及用仪器来自动控制火箭等，都对现代火箭和航天飞行的发展起了巨大的作用。 美国的火箭专家、物理学家和现代航天学奠基人之一戈达德博士在1910年开始进行近代火箭的研究工作，他在1919年发表的《达到极大高度的方法》的论文中，阐述了火箭飞行的数学原理，指出火箭必须具有7．9 km／s的速度才能克服地球的引力，并研究了利用火箭把有效载荷送至月球的几种可能方案。 德国的奥伯特教授在他1923年出版的《飞向星际空间的火箭》一书中不仅确立了火箭在宇宙空间真空中工作的基本原理，而且还说明火箭只要能产生足够的推力，便能绕地球轨道飞行。同齐奥尔科夫斯基和戈达德一样，他也对许多推进剂的组合进行了广泛的研究。 在1932年德国发射A2火箭，飞行高度达到3 km。1942年10月3日，德国首次成功地发射了人类历史上第一枚弹道导弹¡ª¡ªV¡ª2(A4型)，并于1944年9月6日首次投入作战使用。V-2的成功在工程上实现了19世纪末、20世纪初航天技术先躯者的技术设想，并培养和造就了一大批有实践经验的火箭专家，对现代大型火箭的发展起到了继往开来的作用。V-2的设计虽不尽完善，但它却是人类拥有的第一件向地球引力挑战的工具，成为航天技术发展史上的一个重要里程碑。 • 1957年10月4日，前苏联用¡°卫星¡±号运载火箭把世界上第一颗人造地球卫星送入太空，卫星呈球形，外径O．58 m，外伸4根条形天线，质量83．6 kg，卫星在天上正常工作了3个月。按照今天的标准衡量，前苏联的第一颗卫星只不过是一个伸展开发射机天线的圆球，但它却是世界上第一个人造天体，把人类几千年的梦想变成了现实，为人类开创了航天新纪元，标志着人类活动范围的又一飞跃。 • 1961年4月12日，前苏联成功地发射了第一艘¡°东方号¡±载人飞船，尤里.加加林成为人类第一位航天员，揭开了人类进入太空的序幕，开始了世界载人航天的新时代。• 1962年8月27日，美国发射的“水手2号”探测器第一次成功飞越金星。• 1969年7月20日，美国N．A．阿姆斯特朗和E．E．奥尔德林乘坐¡°阿波罗11号¡±飞船登月成功，在月球静海西南角着陆，成为涉足地球之外另一天体的首批人员。他们在月球上安放了科学实验装置，拍摄了月面照片，搜集了22虹月球岩石与土壤样品，然后自月面起飞，与指挥舱会合，返回地球。首次实现了人类登上月球的理想。 • 1971年4月19日，前苏联¡°礼炮1号¡±空间站人轨成功，其质量约18 t，总长14 m，轨道高度200～250 km，轨道倾角51．6。，成为人类第一个空间站，完成了有关天体物理学、航天、医学、生物学等方面的科研计划，考察地球资源和进行长期失重条件下的技术实验。• 1972年3月2日，美国发射了木星和深远空间探测器¡°先驱者10号¡±。它携有表明人类信息的镀金铝板，经过11年飞行，于1983年6月越过海王星轨道，而后成为飞离太阳系的第一个人造天体。• 1975年6月8日，前苏联发射了¡°金星9号¡±探测器，实现了在金星表面着陆。• 1975年7月18日，美国¡°阿波罗号¡±飞船与前苏联¡°联盟19号¡±飞船在大西洋上空对接成功(视频资料)。• 1975年8月20日，美国发射了¡°海盗1号¡±探测器，第一次在火星表面着陆成功(视频资料)。• 1977年9月，美国发射了¡°旅行者2号¡±探测器，对天王星、海王星进行探测。• 1981年4月，世界上第一架垂直起飞、水平着陆、可重复使用的美国航天飞机¡°哥伦比亚号¡±试飞成功，标志着航天运载器由一次性使用的运载火箭转向重复使用的航天运载器的新阶段，是航天史上一个重要的里程碑，标志着人类在空间时代又上了一层楼，进入了航天飞机时代。至2000年10月，航天飞机已成功飞行100次。 • 1986年2月，前苏联¡°和平号¡±轨道空间站发射成功，它成为目前人类发射的在轨运行时间最长的载人航天器，在轨运行超过15年。2001年3月23日，¡°和平号¡±轨道空间站被引入大气层销毁，完成了其辉煌的历史使命。 • 目前，更大规模的国际空间站在美国、俄罗斯、加拿大、日本、意大利和欧洲空间局的合作下，正在进行在轨组装建设¡¡人类就是以如此快速的步伐冲击着宇宙大门! • 不难看出，从公元10世纪的中国火箭到第二次世界大战的V一2导弹，人类是出于军事需求发展了火箭技术，而这恰恰为航天技术的发展奠定了坚实的基础。自20世纪40年代至今，航天技术以惊人的速度发展着并日臻完善。我们可以坚信，随着科学技术的进步和工业基础的不断增强，航天技术将会有更大的突破并更趋完善。 • 航天技术从20世纪50年代末期的研究试验阶段到70年代中期，发展到了广泛实际应用阶段。其中60年代以来，为科学研究、国民经济和军事服务的各种科学卫星与应用卫星得到了很大发展。至70年代，军、民用卫星已全面进入应用阶段。一方面向侦察、通信、导航、预警、气象、测地、海洋、天文观测和地球资源等专门化的方向发展，同时另一方面，各类卫星亦向多用途、长寿命、高可靠性和低成本的方向发展。 • 回顾近50年来航天技术应用的历程，具有代表性的大事列举如下：• 1958年12月，美国发射了世界上第一颗通信卫星¡°斯科尔号¡±；• 1960年4月，美国先后发射了世界上第一颗气象卫星¡°泰罗斯1号¡±和导航卫星¡°子午仪1B号¡±；• 1963年7月，美国发射了世界上第一颗地球同步轨道通信卫星；• 1964年8月，美国发射了世界上第一颗地球静止轨道通信卫星；• 1965年4月，美国成功地发射了世界上第一颗商用通信卫星¡°国际通信卫星1号¡±，正式为北美与欧洲之间提供通信业务，它标志着通信卫星进入了实用阶段；• 1972年7月，美国发射了世界上第一颗地球资源卫星¡°陆地卫星1号¡±；• 1982年11月，美国航天飞机开始商业性飞行；1984年11月，美国航天飞机成功地施放了两颗卫星并回收了两颗失效的通信卫星，第一次实现了双向运载任务；• 1983年4月，美国发射了世界上第一颗跟踪和数据中继卫星；• 1999年，由66颗小型卫星组网形成的美国¡°铱¡±星全球电话通讯系统建成并投入使用。• 目前，美国的GPS系统和俄罗斯的卫星导航系统已成为全世界各领域普遍应用的定位导航系统，发挥着巨大的作用。• 在我国，继1970年4月24日首颗卫星¡°东方红一号¡±发射成功以来，航天技术的发展和应用也取得了巨大的成就：• 1975年11月，我国第一颗返回式遥感卫星发射成功，并顺利回收；• 1984年4月，我国第一颗静止轨道试验通信卫星发射成功；• 1986年2月，我国第一颗静止轨道实用通信卫星发射成功；• 1988年9月，我国第一颗气象卫星¡°风云一号¡±发射成功；• 至2000年10月，我国¡°长征¡±系列运载火箭已成功发射62次。• 进入20世纪90年代，我国航天技术应用的步伐进一步加快，大容量通信卫星¡°东方红三号¡±、气象卫星¡°风云一号¡±和¡°风云二号¡±以及资源卫星先后发射成功。• 1999年11月20日我国成功发射了第一艘试验飞船¡°神舟号¡±，在载人航天领域迈出了坚实的一步¡¡综上可见，从1957年世界上第一颗人造地球卫星发射成功算起，迄今仅40余年，航天技术取得了如此巨大的成就是前所未有的，产生了巨大的社会效益与经济效益。 总之，随着航天技术应用的发展，航天活动已越来越显示出其巨大的军事意义和经济效益，已成为国民经济和国防建设的一个重要组成部分。反过来，这种社会和经济效益又进一步推动着航天技术日新月异的发展。• 航天技术是一门研究和实现如何把航天器送人空间，并在那里进行活动的工程技术。它主要包括航天器、运载工具和地面测控三大部分。为了便于了解，我们首先对航天器进行分类。• 同一个航天器可兼有数种任务，故机械地、绝对地分类，是不可能的。同一类航天器，往往包括了几种系列，而每一系列又可分成数种不同的卫星系统或型号。• 航天器可分为无人航天器与载人航天器两大类。无人航天器按是否绕地球运行又可分为人造地球卫星和宇宙探测器两类。它们又可以进一步按用途分类，如图1.3所示。 • 简称人造卫星，是数量最多的航天器(占90％以上)。它们的轨道长度由i00多公里到几十万公里。按用途它们又可分为： 目前的载人航天器只在近地轨道飞行和从地球到月球的登月飞行。今后将出现可以到达各种星球的载人飞船，以及供人类长期在空间生活和工作的永久性空间站。载人航天器按飞行和工作方式可分为： 可以重复使用的，往返于地面和高度在1000 km以下的近地轨道之间，运送有效载荷的航天器。 3．宇宙探测器 旅行者1号 旅行者2号• 按航天器在轨道上的功能来进行分类，就人造地球卫星而言，可分为观测站、中继站、基准站和轨道武器四类。每一类又包括了各种不同用途的航天器。卫星处在轨道上，对地球来说，它站得高，看得远(视场大)，用它来观察地球是非常有利的。此外，由于卫星在地球大气层以外不受大气的各种干扰和影响，所以用它来进行天文观测也比地面天文观测站更加有利。属于这种功能的卫星有下列几种典型的用途。 在各类应用卫星中侦察卫星发射得最早(1959年发射)，发射的数量也最多。侦察卫星有照相侦察和电子侦察卫星两种。 资源卫星是在侦察卫星和气象卫星的基础上发展而来的。利用星上装载的多光谱遥感器获取地面目标辐射和反射的多种波段的电磁波，然后把它传送到地面，再经过处理，变成关于地球资源的有用资料。它们包括地面的和地下的，陆地的和海洋的等等。海洋卫星的任务是海洋环境预报，包括远洋船舶的最佳航线选择，海洋渔群分析，近海与沿岸海洋资源调查，沿岸与近海海洋环境监测和监视，灾害性海况预报和预警，海洋环境保护和执法管理，海洋科学研究，以及海洋浮标、台站、船舶数据传输，海上军事活动等。• 当然，作为观测站的卫星远不止以上几种，预警卫星、核爆炸探测卫星、天文预测卫星(如美国的“哈勃”太空望远镜)等均属于这一类。虽然它们的功能各有侧重，但基本观测原理都是相似的。2．中继站 利用卫星进行通信和平常的地面通信相比较，具有下列优点： ①通信容量大； ②覆盖面积广； ③通信距离远； ④可靠性高； ⑤灵活性好； ⑥成本低。广播卫星是一种主要用于电视广播的通信卫星。这种广播卫星不需要经过任何中转就可向地面转播或发射电视广播节目，供公众团体或者个人直接接收，因此又称为直播卫星。目前普通的家庭电视机配一架直径不到1m的天线就可以直接接收直播卫星的电视广播节目。跟踪和数据中继卫星是通信卫星技术的一个重大发展。它是利用卫星来跟踪与测量另一颗卫星的位置，其基本思想是把地球上的测控站搬到地球同步轨道上，形成星地测控系统网。 3．基准站 这种卫星是轨道上的测量基准点，所以要求它测轨非常准确。属于这种功能的卫星有：4．轨道武器 这是一种积极进攻的航天器，具有空间防御和空间攻击的职能。它主要包括：不同类型的航天器，其系统的结构、外型和功能干差万别，但是它们的基本系统组成都是一致的。典型航天器都是由不同功能的若干分系统组成的，其基本系统一般分为有效载荷和保障系统两大类。 1．有效载荷 用于直接完成特定的航天飞行任务的部件、仪器或分系统。有效载荷种类很多，随着飞行任务即航天器功能的不同而异。例如，科学卫星上的粒子探测器，天文观测卫星上的天文望远镜，侦察卫星上的可见光相机、CCD相机、红外探测器、无线电侦察接收机，气象卫星上的可见光和红外扫描辐射仪，地球资源卫星上的电视摄像机、CCD摄像机、主题测绘仪、合成孔径雷达，通信卫星上的转发器和通信天线，生物科学卫星上的种子和培养基等，均属有效载荷。• 单一用途的卫星装有一种类型的有效载荷，而多用途的卫星可以装有几种类型的有效载荷。• 2．保障系统• 用于保障航天器从火箭起飞到工作寿命终止，星上所有分系统的正常工作。各种类型航天器的保障系统一般包括下列分系统：(1)结构系统：用于支承和固定航天器上各种仪器设备，使它们构成一个整体，以承受地面运输、运载器发射和空间运行时的各种力学环境(振动、过载、冲击、噪声)以及空间运行环境。对航天器结构的基本要求是重量轻、可靠性高、成本低等，因此航天器的结构大多采用铝、镁、钛等轻合金和碳纤维复合材料等制造。通常用结构质量比，即结构重量占航天器总重量的比例来衡量航天器结构设计和制造水平。 (3)电源系统：用来为航天器所有仪器设备提供所需的电能。现代航天器大多采用太阳电池和蓄电池联合供电系统。 (4)姿态控制系统：用来保持或改变航天器的运行姿态。常用的姿态控制方式有重力梯度稳定、自旋稳定和三轴稳定。 (5)轨道控制系统：用来保持或改变航天器的运行轨道。轨道控制往往与姿态控制配合，它们构成航天器控制系统。(6)测控系统：包括遥测、遥控和跟踪三部分。遥测部分主要由传感器、调制器和发射机组成，用于测量并向地面发送航天器的各种仪器设备的工程参数(212作电压、电流、温度等)和其他参数(环境参数和姿态参数等)。遥控部分一般由接收机和译码器组成，用于接收地面测控站发来的遥控指令，传送给有关系统执行。跟踪部分主要是信标机和应答机，它们不断发出信号，以便地球测控站跟踪航天器并测量其轨道位置和速度。除了以上基本系统组成外，航天器根据其不同的飞行任务，往往还需要有一些不同功能的专用系统。例如，返回式卫星有回收系统，载人飞船有乘员系统、环境控制与生命保障系统、交会与对接系统，航天飞机有着陆系统等。一个刚体航天器的运动可以由它的位置、速度、姿态和姿态运动来描述。其中位置和速度描述航天器的质心运动，这属于航天器的轨道问题；姿态和姿态运动描述航天器绕质心的转动，属于姿态问题。从运动学的观点来说，一个航天器的运动具有6个自由度，其中3个位置自由度表示航天器的轨道运动，另外3个绕质心的转动自由度表示航天器的姿态运动。航天器的控制可以分为两大类，即轨道控制和姿态控制。 1．轨道控制 轨道控制包括轨道确定和轨道控制两方面的内容。轨道确定的任务是研究如何确定航天器的位置和速度，有时也称为空间导航，简称导航；轨道控制是根据航天器现有位置、速度、飞行的最终目标，对质心施以控制力，以改变其运动轨迹的技术，有时也称为制导。轨道控制按应用方式可分为四类。 (1)轨道机动： 指使航天器从一个自由飞行段轨道转移到另一个自由飞行段轨道的控制。例如，地球静止卫星发射过程中为进入地球静止轨道，在其转移轨道的远地点就须进行一次轨道机动。(3)轨道交会：指航天器能与另一个航天器在同一时间以相同速度达到空间同一位置而实施的控制过程。 (4)再人返回控制：指使航天器脱离原来的轨道，返回进入大气层的控制。2．姿态控制 姿态控制也包括姿态确定和姿态控制两方面内容。 姿态确定是研究航天器相对于某个基准的确定姿态方法。这个基准可以是惯性基准或者人们所感兴趣的某个基准，例如地球。 姿态控制是航天器在规定或预先确定的方向(可称为参考方向)上定向的过程，它包括姿态稳定和姿态机动。姿态稳定是指使姿态保持在指定方向，而姿态机动是指航天器从一个姿态过渡到另一个姿态的再定向过程。姿态控制通常包括以下几个具体概念。 (1)定向：指航天器的本体或附件(如太阳能电池阵、观测设备、天线等)以单轴或三轴按一定精度保持在给定的参考方向上。此参考方向可以是惯性的，如天文观测；也可以是转动的，如对地观测。由于定向需要克服各种空间干扰以保持在参考方向上，因此需要通过控制加以保持。 (2)再定向：指航天器本体从对一个参考方向的定向改变到对另一个新参考方向的定向。再定向过程是通过连续的姿态机动控制来实现的。 (3)捕获：又称为初始对准，是指航天器由未知不确定姿态向已知定向姿态的机动控制过程。如航天器人轨时，星箭分离，航天器从旋转翻滚等不确定姿态进入对地对日定向姿态；又如航天器运行过程中因故障失去姿态后的重新定姿等。为了使控制系统设计更为合理，捕获一般分粗对准和精对准两个阶段进行。 (4)粗对准：指初步对准，通常须用较大的控制力矩以缩短机动的时间，但不要求很高的定向精度。 (5)精对准：指粗对准或再定向后由于精度不够而进行的修正机动，以保证定向的精度要求。精对准一般用较小的控制力矩。(6)跟踪：指航天器本体或附件保持对活动目标的定向。 (7)搜索：指航天器对活动目标的捕获。 总之，姿态控制是获取并保持航天器在空间定向的过程。例如，卫星对地进行通信或观测，天线或遥感器要指向地面目标；卫星进行轨道控制时，发动机要对准所要求的推力方向；卫星再人大气层时，要求制动防热面对准迎面气流。这些都需要使星体建立和保持一定的姿态。姿态稳定是保持已有姿态的控制，航天器姿态稳定方式按航天器姿态运动的形式可大致分为两类。 (1)自旋稳定：卫星等航天器绕其一轴(自旋轴)旋转，依靠旋转动量矩保持自旋轴在惯性空间的指向。自旋稳定常辅以主动姿态控制，来修正自旋轴指向误差。 (2)三轴稳定：依靠主动姿态控制或利用环境力矩，保持航天器本体三条正交轴线在某一参考空间的方向。 3．姿态控制与轨道控制的关系 航天器是一个比较复杂的控制对象，一般来说轨道控制与姿态控制密切相关。为实现轨道控制，航天器姿态必须符合要求。也就是说，当需要对航天器进行轨道控制时，同时也要求进行姿态控制。在某些具体情况或某些飞行过程中，可以把姿态控制和轨道控制分开来考虑。某些应用任务对航天器的轨道没有严格要求，而对航天器的姿态却有要求。航天器控制按控制力和力矩的来源可以分为两大类。 (1)被动控制：其控制力或力矩由空间环境和航天器动力学特性提供，不需要消耗星上能源。 4．主动控制系统的组成 航天器主动控制系统，无论是姿态控制系统还是轨道控制系统，都有两种组成方式。(1)星上自主控制：指不依赖于地面干预，完全由星载仪器实现的控制，其系统结构见图1．4 (2)地面控制：或称星一地大回路控制，指依赖于地面干预，由星载仪器和地面设备联合实现的控制，其结构见图1．5。
以下面案例为例：陆兴华. 姿态融合滤波的无人机抗干扰控制算法[J]. 传感器与微系统, 2016, 35(7):116-119.表明该篇《姿态融合滤波的无人机抗干扰控制算法》论文发表在《传感器与微系统》的2016年第35卷，第7期的第116-119页。同样的，你所问的2002,37(2):107-114表示的是该论文在对应期刊的2002年第37卷第2期的第107至114页上。
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无人机的亮相给我们的生活出现了很大的便利。比如运用无人机可以送快递。或者可以利用无人机去进行救援。或者无人机还可以载人。这些黑科技在未来也许都会上市。
说起无人机，很多人的印象中可能就是，小型的就像一只鸟这么大，比如大家广泛使用的空中拍摄用的无人机，最大也不过是一些军用无人机，比如像“全球鹰”“翼龙”等等大型军用无人机，而这些无人机充其量大小也比不过轻型有人飞机而已。
美国Aevum公司推出了一款名叫Ravn X的无人机，号称世界最大无人飞机，它重达28吨重，长80英尺，翼展60英尺，看起来相当于一家湾流G550客机那么大，这种无人飞机的用途不是用来在战场上发射导弹，也不是用来侦查，而是用来将卫星送入太空近地轨道，取代一些运载火箭的作用，当然也可以大量重复使用。
我们知道，近地轨道上发射卫星，也是需要运载火箭的，而一枚运载火箭的生产到发射，花费的成本是非常之高的，并且一般还不能重复使用（除了SpaceX），很早人们就希望能有一款载具能够低成本地将卫星送上太空轨道。
Ravn X无人机的有效载荷约220磅。而且它能够在180分钟内，在没有飞行员或发射台的情况下将小型卫星送入轨道，它使用传统的喷气式燃料，与商业客机上使用的燃料相同。
而且这款无人机可以在“几乎任何天气下”起飞和降落，还可以在所有一英里长的传统飞机跑道上起飞和降落，这意味着它理论上可以使用世界上任何一个机场作为发射和降落地点。
从外形上来看，这架Ravn X无人机无疑是时尚而性感的。它看起来完全不像无人机，而更像是一架科幻战斗机。
在 Ravn X 下方挂载的是“火箭”的部分，火箭分成两级，最终可以将大约 100 公斤重的卫星送入低地轨道。Ravn X 主打的是可以在 3 小时内就起飞并发射火箭，不用其他商用公司动辄数月到数年的等待，也不用担心天候影响，显然是瞄准了军方需求之类“任务优先，钱好谈”的客户。它的工作方式是，脱离大气层后，会很快到达预定高度和位置，然后发射出卫星在预定轨道。
事实上，Ravn X 似乎还真的已经有了客户上门，根据外媒报道，Aevum公司已经取得了美国军方价值十亿美元的合约，并将于明年首度尝试将美国太空军的 ASLON-45 卫星送入轨道，在接下来的9年中还将进行20个任务。
这也是 Aevum 与其他新创公司最大的不同处 —— 他们推出的不是个仅存在于纸上的概念产品，而是直接在面世时就已经是可以使用的成品，而且马上就得到了美国军方的背书。所以这家新创的Aevum公司的背景也让人们感到好奇。
2015年5月27日军事论坛上首先放出了一张经过处理，看似素描图的照片，显示一架国产双机身大型无人机正在机场跑道上进行试验。今日，社交网络上出现了这架无人机的照片。据称，这架飞机是在沈阳飞机制造厂的机场上出现的，可能是沈飞公司研制的新一代大型长航时高空无人机——神雕无人机。 美国《大众科学》杂志2015年1月刊发文章，称巴基斯坦“中国国防”论坛上网友“Hongjian”发表的中国一篇论文的相关截图显示了中国研制的有史以来最大无人机的情况。文章称，与歼-20和运-20飞机相比，这种飞机当时还没有可以确认的真实照片，这显示代号为“神雕”的这种无人机可能和美国RQ-180无人机一样，属于高度保密的战略级敏感资产。从这些论文截图显示的情况来看，“神雕”是由沈飞集团“黑项目”部门所研制的。有“可靠的网络消息源”称“神雕”无人机已在2014年12月或2015年早期进行了首飞。 2015年7月2日中国网络上出现了“神雕”无人机清晰照片。通过照片可以看出这种无人机的实际尺寸和若干细节。“神雕”是我国新型高空长航时雷达预警无人机，采用双机身设计。左右两侧机身头部“鼓包”的颜色不同，左侧机身“鼓包”为灰色，表明是透波复合材料，里面应该装有卫通天线，右侧机身鼓包则是铝锂合金蒙皮，无法用于安装天线。
据相关媒体报道，中国有一款神器亮相了，它就是沈阳飞机研制的神雕无人机 ，该无人机的探测预警能力 做到了独步全球。只要是投入生产能够彻底解决辽宁舰的预警问题 。听到这样振奋人心的消息，相信很多中国人都像我这样感到非常地自豪。
沈阳飞机设计的无人机在高空长时间飞行时可以反隐身，翼展长达50米，是世界上最大的无人机。这款无人机除了续航能力强外，他的航行距离也是普通无人机的2倍，普通无人机一般只能潜行10 - 15小时 。据称神雕无人机在2.5万米高空也能保持0.8马赫（980km/h）的巡航速度，最大起飞重量可能达到20吨左右。由于它隐身和外形的优势，在航行时是很难被击落的，该无人机还可以作为中继站，解决武器制导等的问题。该无人机的曝光，是中国领先世界的标志，领先于美国的研究发明。
美国《大众科学》杂志2015年1月刊发文章，文章称有可靠的网络消息称"神雕"无人机已在2014年12月或2015年早期进行了首飞。 "神雕"具备保护中国领空免遭美国隐身飞机入侵的能力，在它出现后，入侵中国领空将变得非常危险和困难。此外，它还可以大大提高中国使用远程武器打击美国海上舰艇、陆地机场和导弹发射器的能力 。可大大提高中国海外干扰能力。
近年来，中国的无人机发展非常迅速，而且无人机作为信息时代科技的产物，具有很大意义，在国防建设中有着十分重要的战略意义。我国在无人机技术方面取得了巨大的进步，也成为了领先西方军事的标志。相信我们中国在信息科技研发发面能越来越好，中国能越来越强。
警用无人机的任务通常包括以下要求：
以便发现犯罪嫌疑人、寻找失踪人员或者监测某些活动。
监测和巡逻：警用无人机可以巡逻城市、边境、海岸线等区域，监测交通违法行为、开展反恐防暴等任务。
通讯和支援：警用无人机可以提供通讯支援，例如在灾难现场搭建通讯网络、支援警方指挥中心等。
侦察和侦查：警用无人机可以搭载雷达、毒气检测器等设备，用于侦察和侦查犯罪活动，例如贩毒、恐怖袭击等。
应急救援：警用无人机可以在应急救援中提供支援，例如在地震、泥石流等灾害中搜救失踪人员、监测受灾情况等。
空中追逃：警用无人机可以在追逃中提供支援，例如利用无人机快速搜寻嫌疑人逃跑路线等。
以上是一些常见的警用无人机任务要求，不同地区和不同任务的具体要求可能会有所不同。
警用无人机的任务可以包括以下方面：侦察和监视：使用无人机进行侦察和监视犯罪嫌疑人的行踪和活动，收集相关情报，提高警方的反应能力和有效性。搜索和营救：使用无人机进行搜寻和营救行动，例如寻找失踪人员或营救被困者。交通管理：使用无人机监控交通拥堵情况，协助警方指挥交通，提高交通管理效率。灾害应急：使用无人机进行灾害监测和评估，提供紧急救援服务，例如洪水、地震、火灾等。边境监控：使用无人机监控国家边境，预防非法移民和恐怖袭击。警用无人机的任务要求会因具体应用场景而有所不同。
浅谈多旋翼无人机任务系统的优秀论文
前言： 随着无人机产品的不断增加，市场之间的竞争力，也逐渐的提升，对此本项目研究出了更适合于工业控制、自动化装备等领域产品的多旋翼无人机，产品不仅定位合理，同时与其他产品存在一定的差异，该任务系统，是指先进智能装备数据链的无人多旋翼任务，存在较高的能量利用效率、载荷运输性能，是其它无人机产品，在技术方面不能相比的;制定合理的市场规划，会给企业带来一定的经济效益。
1 多旋翼无人机定义概述
我们常称无人飞行载具，为无人飞机系统，主要是利用无线电智能遥控设备，以及自带的控制程序装置，对于不载人的飞机进行操控。其中广义的无人机，包括狭义无人机以及航模。
多旋翼飞行器，主要由动力系统、主体、控制系统组成，动力系统包括电机、动力、电子调速器、桨;主体部分包括机架、脚架、云台;控制系统包括由遥控接收器、遥控组成的手动控制;地面站，以及由主控、GPS、IMU、电子陀螺、LED显示屏组成的飞行控制器。其中四旋翼，是一种4输入6输出的欠驱动系统;通过PID、，鲁棒、模糊、非线性、自适应神经网络控制。近年来，对于系统的控制功能的研究趋势，为大荷载、自主飞行、智能传感器技术、自主控制技术、多机编队协同控制技术、微小型化等方向。其中一些关键技术为，数学模型的建立、能源供给系统、飞行控制算法、自主导航智能飞行。
2 控制系统改进发展阶段
多旋翼无人飞行器的控制系统，最初是由惯性导航系统，借助了微机电系统技术，形成了EMES惯性导航系统;经过对于EMES去噪声的研究，有效的降低了其传感器数据噪音的问题，最后经过等速度单片机、非线性系统结构的研究、应用，最终在2005年，制作出了性能相对稳定的多旋翼无人机自动控制飞行器。对其飞行器的评价，可从安全性、负载、灵活性、维护、扩展性、稳定性几方面要素进行分析。具有体积小、重量轻、噪音小、隐蔽性强、多空间平台使用、垂直起降，以及飞行高度不高、机动强、执行任务能力强的特点;在结构方面，不仅安全性高、易于拆卸维护、螺旋桨小、成本低、灵活控制的特点。
3 技术原理
3.1系统组成
无人多旋翼任务系统，总体技术方案框图如图1所示;如图所示，无人多旋翼任务系统，由无人机、地面工作站构成。无人机，由多旋翼无人机、任务载荷组成;地面工作站，由数据链通信单元、工业控制电脑、飞行控制摇杆等组成。
3.2系统技术原理
3.2.1多旋翼无人机，通过对于螺旋桨微调的推力，实现稳定的飞行姿态控制、维持。经过上述，对于多旋翼无人机、常规直升机、固定翼飞机的对比，可以明显的看出，多旋翼无人机，在任务飞行方面，具有多能量的优势，从而更好的执行完成飞行任务，改善了飞行姿态维持，消耗大量能量的缺陷，从而更好的保证了其能量利用率，直接产生续航时间、载荷运输性能的提升;在结构方面，做了大量的简化，省去了传动机构，使其运行噪音、故障概率、维护成本大大的降低。
3.2.2无人机，与地面工作站之间的通信，通过设备数据链实现连接，起到通信中介的作用，同好也是无人机、地面工作站之间，实现地空信息交换的重要桥梁环节。以往无人机，对于地空信息的转换连接，只是普通的点对点通信，收到信号传输距离的影响，性能发挥受到严重的影响，只能实现一些简单遥控数据信号的传输。
但是本项目，对于无人多旋翼任务系统的研究，是通过数据链协议MAVLink的研究后，将其合理的嵌入到控制核心、地面数据链的ARM平台中，有效的改善了以往低空信息传输环节存在的问题，将其遥测、遥信、遥控、遥调、遥视这五遥很好的进行了统一，保证了通信之间的无障碍，从根本上解决了无人机和地面工作站的数据通信问题。其中涉及到的.五遥;其中遥测，是指对于远方的电压、电流、功率、压力、温度等模拟量进行测量;其中遥信，是指对于远方的电气开关、设备，以及机械设备的工作、运行等状态进行监视;遥控，是指对于远方电气设备、电气机械化装置工作状态的控制、保护;遥调，是指对于远方所控设备的工作参数、标准流程等进行设定、调整;遥视，是指对于远方设备的安全运行状态的监视、记录。
3.2.3传统的无人机，在飞行时需要通过人工对于遥控器的操作，对其飞行姿态进行的控制，体现出其自动程序的不完善，功能单调等缺陷。但是本项目对于无人机的研究，在地面工作站，通过飞行任务规划软件的配套，有效的改善了以往功能单一的缺点，直接增加了其功能性。其中飞行任务规划软件，具备GoogleMap高速API接口，实现对于无人机飞行航线，在三维地图上的简易规划，同时也能对其航线进行启动，使其实现自动巡航、执行飞行任务、返航等操作。
4 技术关键点及创新点
4.1技术关键点：
4.1.1地空信息的的数据通信。
先进智能装备数据链协议MAVLink的应用，能够对其所有数据进行有效的整合，并全部归纳在数据链路中，整合五遥操作，有效的降低了多种通信制式、通信模块存在等方面的问题，提高了通信效率，保证了通讯功能得以有效发挥。
4.1.2解决飞行姿态操控问题
嵌入式操作系统，在ARM处理器平台上的应用，加上陀螺仪等传感器、卡尔曼滤波等先进算法，从而更好的保证了控制系统的功能增加，除此之外，不仅实现了无人操作飞行，在飞行操纵方面，也有效的降低了能耗，增加了能量利用率。
4.1.3在工业控制领域应用的扩展
本项目以同一载具+多种载荷的建设、研究思路，针对于型号相同的多旋翼飞行器，设计一样的数据、电气、机械接口的任务载荷，实现快速更换载荷，使其飞行任务之间，能够良好、稳定的切换、衔接，保证该系统的实用性，同时也减少了任务执行的成本。
4.1.4增强地面工作站功能
通过C/S架构、C#语言、.net平台、三维GoogleMap、SQL数据库，以及地面任务规划软件、分析数据分析软件，从而更好的增强地面工作站的功能，以及自动化、智能化的程度,更好的为用户操作，带来更多的便利。
4.2项目的技术创新性
4.2.1在无人机、地面站，在植入数据链MAVLink的同时，加强整体系统功能的改进，有效的实现了五遥的综合统一。
4.2.2卡尔曼滤波、四元数算法，加上嵌入式ARM平台，对其飞行姿态实现有效控制。
4.2.3同一载具+多种载荷思路的研究，实现了无人机，对任务执行模式的有效转换。
4.2.4同时地面任务规划软件、分析数据分析软件的应用，提高了系统的控制功能，以及系统智能化程度。
5 总结
综上所述，通过对于无人多旋翼任务系统的分析，发现我国针对于此方面的研究，仍存在很多不完善的地方，该项目通过C/S架构、C#语言、先进智能装备数据链、分析数据分析软件等，照比以往的无人机飞行器，在系统功能改进方面，实现了遥测、遥信、遥控、遥调、遥视的统一;在任务执行模式方面，实现了灵活转换;在飞行姿态方面，实现了智能操控;是在已有多旋翼飞控技术的基础上，有效的规避了其以往的缺陷，同时自主飞行控制软件编程，这种飞控任务的提供，有效的实现了飞行中，自主导航智能飞行。