无人机侦察机项目研究目标论文

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。

军事装备学是一门内容丰富的新兴学科，是现代军事科学的重要组成部分。 一、军事装备学的地位和作用 自从人类社会出现战争以来，作为战争工具的武器装备就成为武装力量的物质基础、军队战斗务的基本要素。因此，古今中外的军事家无不把发展武器装备作为一项重要的军事政策，对武器装备的发展、使用、管理都给予了极大的关注。毛泽东曾经鲜明地指出：武器装备是决定战争胜负的重要因素。 第二次世界大战以后，特别是80年代以来，随着军事高技术的迅猛发展和广泛应用，武器装备的性能发生了质的飞跃－－射程更远、精度更高、威力更大。在国际上多次发生的局部战争和突发事件中，交战双方都广泛地使用地高技术武器装备，特别是90年代初爆发的美伊海湾战争中，充分地显示了高技术武器装备的威力和作用。它向人们表明，在高技术条件下，武器装备特别是高技术武器装备，强烈地影响着战争的进程和结局，对战争的胜负正发挥着越来越重要的作用。 武器装备的作用还表现在它对军事领域的各个方面的影响。它不仅促使军队不断调整编制、体制，改变各军兵种的比例，导致过时军兵种的淘汰和建立新的军兵种，而且也引起战略战术思想、作战方式方法和军事学术理论的变革，同时，还对指挥方式、军事训练、战场建设、干部结构、后勤保障、军事基本制度等军队建设的各个方面都产生重大影响和变化。在和平时期，武器装备的作用也十分重要，武器装备建设是军队建设的重要内容，武器装备的现代化已成为世界各**队现代化和国防现代化的重要标志。 因此，加强武器装备学理论研究，探索武器装备的发展和管理理论，已成为世界许多国家军队研究的重要课题，对推动我军武器装备的发展，加速我军现代化建设将具有重要的现实意义和长远的战略意义。 二、军事装备学的创立和发展 虽然武器装备早在原始社会末期的战争中就已开始出现，但是，作为军事学的一个不可缺少的组成部分，武器装备理论长期以来并没有发育成一门科学的完整的知识系统，在现有涉及武器装备的理论著作中，绝大部分是武器技术原理著作、操作教程和知识读物，较为系统地阐述武器装备发展、管理与影响的基本理论著述很少。 我国设立军事装备学的时间更换。很长一段时期，我国的学位条例中根本没有把军事学列入国家的学科学门类。1983年12月，根据中人国民解放军学位领导小组的建议，国务际学位委员会决定增设军事学学科门类。1990年10月，国务院学位委员会和国家教育委员会正式颁发《授予博士、硕士学位和培养研究生的学科、专业目录》，共分11个学科门类，72个一级学科。军事学学科列第11位，下设8个一级学科、30个二级学科、279个研究方向（相当于三级学位）。8个一级学科是：军事思想及军事史、战略学、战役学、战术学、军队指挥学、军制学、军队政治工作学和军事教育学、军事后勤学、军事装备学是军制学3个二级学科之一。 1997年6月，为了“逐步规范和理顺一级学科，拓宽和调整二级学科”，国务院学位委员会和国家教委重新颁发了《授予博士、硕士学位和培养研究生的学科、专业目录》，对原二级学科进行了较大幅度的归并和调整。军事学门类的30个二级学科归并为19个，8个一级学科数量虽然未变，但内容进行了适当调整：军事思想及军事史改为军事思想与军事历史、军队政治工作不和军事教育学改为军队政治工作学，军事后勤学改为军事后勤学与军事装备学。这样，原属军制不一级学科的军事装备学二级学科，现成为军事后勤学与军事装备学一级学科共设的3个二级学科之一。 三、军事装备学的内容和方向 由于军事装备学是一门新兴的学科，所以目前理论体系还不十分完善，不仅某些理论观点尚难统一，而且其研究的内容和方向也存在着不确定性，甚至在我国各种权威的工具书或著作中都找不到军事装备学的词条或定义。例如：1997年版的《中国人民解放军军语》和1997年版的《中**事大百科全书》都没有列出军事装备学或武器装备学的词条。但是，也确实有一些专家、学者进行过这方面的尝试，如：国防大学的王厚卿教授在其主编的《现代军事学学科手册》中指出：“武器装备学是研究武器装备的现状、发展趋势、管理活动及其规律的科学。”军事科学院的学者认为：“武器装备学是研究武器装备发展、使用、管理基本理论的学说，是从军事学术的新视野探索武器装备建设和发展规律的学说。”但他们认为武器装备学与军事装备学不同，“武器装备学属于军事装备学的范畴，内容反映的是军事装备学的基本理论。”笔者认为：军事装备学是研究武器装备建设与发展、运用与影响、维护与管理活动及其规律的科学。军事装备学与武器装备学是同一学科的不同称呼，只不过武器装备不的叫法不规范。 按照笔者对军事装备学的定义，军事装备学主要有四大内容和方向：一是武器装备基础理论研究方向，主要研究武器装备的准确概念、基本属性、地位和作用；武器装备发展的基本规律、基本矛盾和主要特点；各种因素对武器装备发展的影响和制约；武器 装备发展的战略环境、重点、方针及基本依据；武器装备体制的合理构成等等。武器装备基础理论是武器装备不的重要组成部分，对武器装备的应用理论起着重要的支撑作用。二是武器装备建设与发展研究方向，主要研究武器装备发展的战略目标与政策；武器装备体制的合理构成与规划；实现武器装备现代化的道路与政策；各种因素对武器装备发展的影响；武器装备体系的合理构成等等。三是武器装备应用与影响研究方向，主要从战略和战役层次出发，研究武器装备在各种战役或战争类型中的应用；武器装备的运用方法；武器装备的强点和弱点；武器装备的对抗方法；武器装备对战争形态、战场特点、军队机动、夜间作战、作战指挥、作战保障、军事教育训练、军队体制编制等方面的影响问题。四是武器装备维护与管理研究方向，主要研究武器装备的技术保障；武器装备管理的意义、功能与原则；武器装备管理的体制与制度等等。当然，不同的军事际校或军事科研单位，对武器装备学的研究重点不同，有些比较宏观、抽象，有些比较微观、具体，有些侧重于与军事战略的结合，有些侧重于与战役、战术的结合，有些则侧重于与军事经济的结合。 总之，军事装备学是一门综合性很强的科学，它与战略说、战役学、战术学、军事后勤学、军队管理学、军事组织编制学、军事系统工程、军事运筹学，以及军事技术，军事历史等学科关系十分密切，并且相互影响、相互促进和发展。

警用无人机的任务通常包括以下要求：

“幻影雷”无人机或将开启空战新纪元近日，美国波音公司历时两年打造的新型无人侦察机“幻影雷”（PhantomRay）在圣路易斯举行了隆重的揭幕仪式。这款无人机外形独特，看起来仿佛是科幻片中的未来飞行器，翼身高度融合、外形光滑流畅，不愧是无人机大家族中一颗耀眼的新星。而该型无人机也将成为本世纪军用航空器发展史上的里程碑。 隐身性能优越 “幻影雷”无人机是从X－45C项目演变而来的。波音公司计划在今年7月开始其验证机的滑行试验，首飞时间预计在 2010年12月。 该项目负责人丹尼斯·穆林伯格指出，作为未来尖端科技的试验台，“幻影雷”可为军方提供包括情报、监视、侦察、压制敌方防空，实施电子攻击和自主空中加油在内的诸多作战选择。 “幻影雷”采用典型的翼身融合和飞翼式布局设计，翼展宽15米，机身长10米,重达16571公斤,飞行高度12公里,最大巡航飞行速度为0．8马赫，不进行空中加油的情况下作战半径约1852千米。 目前，可以看出“幻影雷”的最大亮点在于它的隐身性能。其独特的外形使人想到了美空军现役隐形战略轰炸机B—2A，两者都是采用典型的隐身结构设计。如果在空中飞行，正面平视它像是一个压扁了的橄榄球，正面俯视它像一个三角形的飞行物，远处仰视它像个飘翼。 “幻影雷”外形上并没有传统意义飞机的水平尾翼和垂直尾翼，机身和机翼已高度融合在一起，这就大大减少了飞机整体的雷达反射截面。为了提高隐身性能，“幻影雷”的发动机被放置到了机翼的上方，且进气口和尾喷口都深置于机翼之内，使雷达波难以照射。机翼后部形成了一个W型，可使来自飞机后方的探测雷达波无法反射回去。这些精细的外观与结构设计加上隐身材料的运用，可使“幻影雷”有效地躲避敌方雷达的预警与监视，避免遭袭。 美空军无人机操控人员缺口较大 目前，美陆、海和空军都配备了无人机，但陆、海军配备的多是低成本的小型无人机，其地面操控人员的训练与普通的航模运动员的培养过程相似。 但是，美空军要求操控大型无人机的人员是具有丰富飞行经验的驾驶员、领航员或武器控制员等空勤人员。这些无人机飞行员主要从现役的或预备役的航空兵部队调配，多数是处于兼职工作状态，过一段时间就要轮换。但是，随着大型无人机装备数量的增加，这种做法已不能完全适应无人机装备发展的需要。 美空军2009年计划购买的93架飞机中，就有52架是军用无人机，其数量超过飞机总购置数的50％。美国防部长罗伯特·盖茨公布的2010年的防务预算草案建议，为无人机项目和其他情报设备增加20亿美元的经费。可见，美空军需要更多的有飞行经历的人员去操控无人机，才能满足无人机增长的需要。 如果继续照原来的方法选择大型无人机飞行员，势必造成有人机与无人机的驾驶员都不够用的困境，影响到美空军的作战能力。解决这一困境的有效办法是专门开办培养无人机飞行员的学校，或在现有军校中培养无人机的操控和维修人才。 据悉，在美国内华达州的内利斯空军基地已经组建了一所无人机学校，该校主要教学目标是培养高素质的无人机操作员和地面维修人员，使他们能够胜任初级或中级无人机的操作与维修工作，以取代现行的办法。另外，美国也可以考虑从航校中选拔部分因身体原因被淘汰的飞行学员或从航空兵部队中挑选一些已到最高飞行年限的老飞行员或退役的飞行员进行适当培训后，充当无人机驾驶员。 无人机取代有人机将成必然趋势 无人机因为其得天独厚的“无人”优势，符合现代战争“非接触”和“零伤亡”的作战理念，因此备受重视。未来，无人机作为能够完成多种作战任务的无人作战平台，全面取代有人机是一种必然趋势。但受技术制约，目前这个目标还难以实现。 在今后20年时间内，随着高新技术的发展，无人机对未来空中作战方式的影响主要表现在以下几方面。 一是无人机空中预警的地位越来越突出。由于预警机存在需要人员值守、目标特性大、防卫能力差和机动能力不足等缺点，即使有战斗机护航也容易受到敌方远程制导武器的攻击，部署空域受到了较大限制，预警探测距离也随之被大大缩短。因此，空中预警势必成为无人机未来担负的突出任务之一。“幻影雷”无人机是非常好的预警平台，其信息处理速度应该高于目前现役的预警机。此外，各类侦察、通信和电子战无人机均可以被部署在相对危险的空域，长时间执行预警探测和情报搜集等任务，使空中警戒和作战纵深得以整体前推，可大大提高预警机的安全和效率。 二是无人攻击机将成为重要突击力量。对于空中进攻战役，完成任务主要由有人机实施。但是长时间（超）低空飞行远程奔袭容易造成飞行员的疲劳从而降低有人机作战效能，而且在没有完成夺取制信息权和制空权的条件下，即使在战争后期，敌方仍然具备一定的防空能力的情况下，采用有人机实施此项任务仍需要付出相当的人员损失代价，存在着巨大的作战风险。但是，由于无人攻击机具有良好的隐身性能、较大的武器携带能力和超低空远程飞行能力，即使作战任务失败也不会带来人员伤亡。目前，无人攻击机编队协同能力、目标自动搜索和分配能力正在迅速提高，将成为未来空中进攻战役的首战武器和主要突击力量。 三是无人机将成为未来空战场的重要武器装备。无人机作为空中战场上最活跃的力量之一，在预警、侦察、电子对抗和对地攻击等任务的实施过程中具有突出的作用，随着其功能和性能的不断提高，将成为未来战场上优先考虑使用的武器装备，并将逐渐形成一种配置合理的无人机作战体系。 四是无人机将是战略打击和投送力量的主角。随着美军“全球打击、全球到达”作战理念的提出，类似X－37B的高超声速作战平台越来越受到重视，特别是对于未来空天一体的战争环境，这种作战平台有着不可替代的作用。据悉，美军在2020年前就可以拥有在两小时内到达、打击全球任何一个目标的能力。无人机的这种能力无疑是战略打击的首选武器装备。另外，随着科学技术的进步，无人机的空运能力会越来越强，必将是投送力量的主角。 五是无人机与有人机协同作战将是未来空中作战的主要样式。无人机与有人机相比，它能够执行更危险和飞行时间更长的任务。与导弹相比，无人机的优势则体现在其作战灵活性。导弹一旦发射出去，在其飞行过程中无法中止或更改其任务，而无人机在作战过程中依然可控。 由于目前无人机作战能力有限，因此无人机在未来相当长一段时间内不可能完全取代有人机。随着无人机数量越来越多、比例越来越高，其地位与作用也将越来越重要。如何使其与有人机实现协同作战，充分发挥整体作战效能，正是当前世界空军关注的问题。因此，随着现代作战理念的发展，无人机与有人机协同作战将是未来空中作战的主要样式。

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