二-无人机飞行操纵培训

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1、无人机操作界面,定义,无人机的操纵是指无人机操作人员在地面通过无线电链路监督、控制无人机飞行的整个过程，包括起降操纵、飞行控制、任务设备（载荷）控制和数据链管理等。通常这个过程在地面控制站内完成，地面控制站内的飞行控制席位、任务设备控制席位、数据链管理席位都设有相应分系统的操作装置。 无人机的飞行操纵特指对于无人机飞行的控制操作，其内容包括航线的预设装订、修改、变更，飞行状态监控、指令引导控制、遥控飞行、辅助起降等。,无人机飞行操纵,一、无人机操纵和飞行操纵的定义以及与有人机的不同之处,有人机与无人机飞行操纵主要区别表,典型区别,最大的不同之处是操作员所在的位置，有人机的操作员飞行员在飞机上，

2、而无人机的操作员在地面站中。飞行员可以在第一时间内感知飞机的飞行状态并作出反应，而无人机操作员无论是在感知上和操作上都要相对滞后。 心理状态问题。有人机的飞行员驾驶战机直接进入战场参与作战，以第一视角体验战争，能及时调整去适应战时状态；相反，很多无人机的操作员却是在千里之外操纵无人机进入战场，参与感不强，心理反差巨大，时间一长会给无人机的操作员们带来一种不真实、虚幻的感觉。,大脑觉醒水平等级划分表,5,日本学者：桥本邦卫,飞行员的大脑觉醒水平大多停留在2、3状态，其人因可靠性也处于一个比较高的水平。 而无人机飞行时，由于其特殊性，其操作员的状态大多停留在2状态（由于飞行时间长和参与感低很难保持

3、在3状态），如果是长时间执行任务出现1状态甚至是0状态的概率也是存在的。 相比于飞行员，无人机操作员的专业训练程度要低的多，因此在出现紧急情况时，4状态出现概率也大大高于飞行员。,飞行员与无人机操作员对比,6,无人机飞行操纵,二、无人机飞行操纵类型,一般来说，无人机的飞行操纵主要由三种方式： 1遥控方式（PIC） 遥控方式是通过数据链路对无人机实施的飞行控制操纵。一般包括舵面遥控、姿态遥控和指令控制三种方式。 （1）舵面遥控 （2）姿态遥控 （3）指令控制,无人机飞行操纵,二、无人机飞行操纵类型,一般来说，无人机的飞行操纵主要由三种方式： 1遥控方式（PIC） 遥控方式是通过数据链路对无人机实

4、施的飞行控制操纵。一般包括舵面遥控、姿态遥控和指令控制三种方式。,（1）舵面遥控,这种控制方式是由控制器的操纵杆直接控制无人机的舵机，遥控无人机飞行。这是无人机最简单和最原始的控制方式，多应用于微型战术无人机的操纵上。这种控制方式一般是通过目视对无人机进行操纵。,无人机飞行操纵,二、无人机飞行操纵类型,一般来说，无人机的飞行操纵主要由三种方式： 1遥控方式（PIC） 遥控方式是通过数据链路对无人机实施的飞行控制操纵。一般包括舵面遥控、姿态遥控和指令控制三种方式。,（2）姿态遥控,姿态遥控是在无人机具有姿态稳定控制机构的基础上，通过操纵杆控制无人机的俯仰和滚转，从而连续的控制无人机的运动。要求设

5、计的操纵杆适应飞行员的操纵感觉，并且具有边界限制。一般是目视操作无人机或通过仪表远程操纵无人机的机动飞行。,无人机飞行操纵,二、无人机飞行操纵类型,一般来说，无人机的飞行操纵主要由三种方式： 1遥控方式（PIC） 遥控方式是通过数据链路对无人机实施的飞行控制操纵。一般包括舵面遥控、姿态遥控和指令控制三种方式。,（3）指令控制,指令控制是通过上行链路发送控制指令，机载计算机接收到指令后按预定的控制模式执行。这种方式必须在机载自动驾驶仪或机载飞行管理与控制系统自动控制的基础上实施。,指令方式一般包括：,俯仰角选择与控制,高度保持与控制,飞行速度控制,滚转选择与控制,航向选择与控制,航迹控制,无人机

6、飞行操纵,二、无人机飞行操纵类型,2自主控制（UAV） 自主控制飞行是指不需要人工参与的飞行控制。 这种方式时通过全权限的机载飞行管理与控制系统完成从起飞、控制飞行、执行任务到返航着陆全过程的自动控制。,无人机飞行操纵,二、无人机飞行操纵类型,3组合控制（RPV） 在自主飞行的基础上，通过操纵杆在无人机的控制外回路施加一定的偏移量，尤其是在自动起飞着陆过程中，对导航偏差和外界干扰进行人工干预的一种控制模式。,三、无人机飞行操纵的意义 1986-1997年期间的美国海军203架RQ-2“先锋”事故的分析发现，103起(51)事故有人的因素，其中88起(43)与监督管理和机组人员的因素有明确关系；

7、在这88起事故中，64涉及管理不善（如培训、政策和领导）和知错不改；46涉及操作员的不安全条件。 1993年1月-2003年6月美国陆军和空军48例(陆军26，空军22)无人机事故分析表明，33起（69%）与人的因素有关，这其中培训问题占27、班组效能占25、情景意识18、界面设计占16、认知和决策占14。 1995-2003年美国陆军无人机发生的56起事故，有18起(32)与人的因素有关。,无人机飞行操纵,14,三、无人机飞行操纵的意义 大型无人机事故中人的因素更为常见，例如，RQ-1“捕食者”事故中人因占比达到了67，而对于中型无人机而言， 28的RQ-2“先锋”事故和45的RQ-5“猎人

8、”事故是由于人为因所致，明显低于大型无人机。小型无人机RQ-7“影子”，人的因素只占21。 2004年到2006年，共有15架“捕食者”无人机坠毁，其中12架无人机事故是由于人为过失造成的，暴露了操作员技能以及机组人员内部分工等问题。以此为依据，美国空军研究报告指出，“捕食者”无人机的坠毁事故主要原因已从原先的硬件失效方面转移到人员操作失误方面。,无人机飞行操纵,15,16,三、无人机飞行操纵的意义 随着装备数量的增加，使用时间的增长，人的因素将会越来越突出，大量缺乏训练的新手进入到无人机操纵岗位将会为无人机安全飞行带来新的风险。 笔者某无人机飞行中的故障数据进行统计发现，在开始研制阶段机的因

9、素为主要故障源，人、机、环境三者的比例为：6.7%：73.3%：20%，到了定型阶段其故障原因人、机、环境三者比例变为了：23.1%：44.6%：32.3%，人的比例显著上升。 按照浴盆曲线理论，当系统趋于成熟稳定，进入“盆底”，此时人的因素就凸显出来，并渐渐的成为制约武器装备发挥出应有效能的短板。,无人机飞行操纵,17,无人机飞行操纵,三、无人机飞行操纵的意义,对于有人机来说，飞机的性能和飞行员的技术水平是飞机能否发挥出其效能最重要的两条因素。对于无人机也是如此，飞行中的无人机其控制权在飞行操作员手中，此时操作员的技术水平和其所作的飞行操纵准确与否对于无人能否发挥出其应有的作战效能起着至关重

10、要的作用。 随着我国无人机路线图的制定，越来越多的无人机装备部队，飞行操纵必将会越来越受到重视，而无人机的飞行操作人员也将成为整支无人机作战部队的核心技术人员。,“浴盆曲线”,19,无人机飞行操纵,四、无人机飞行操纵现状和未来发展方向,1. 美军无人机飞行操纵发展现状 “捕食者”系列无人机从1995年到2007年飞行时间为25万小时左右，从2007年到2009年飞行时间就已经达到50万小时。阿富汗和伊拉克战争期间，美国空军在战场上保持了29架“捕食者”和“死神”无人机24小时执勤就达到2万小时左右。 432联队的所有人员必须全天24小时运转，到2011年，该联队已装备160架“捕食者”和60架

11、“死神”，需要600个无人机班组来保证无人机的正常使用。目前美空军每天必须保证有三架“捕食者”无人机在24小时全天候执勤。,无人机飞行操纵,四、无人机飞行操纵现状和未来发展方向,（1）人才培训 2008年9月：美国空军参谋长下达命令要求录用新飞行员操控无人机系统，发展了新的职业领域； 2008年11月：完成专业飞行学员训练的新飞行员开始接受无人机系统操控学员训练； 2009年1月：直接面向无人机系统操控员职业的专业训练体制开始直接招收新学员(而不是新飞行员转行)； 2009年8月：美国德克萨斯州伦道夫空军基地开设传感器操作员专业； 2009年11月：首批直接招收的无人机系统操控员毕业，进入无人

12、机系统作战中队开始战备训练。,无人机飞行操纵,四、无人机飞行操纵现状和未来发展方向,（2）装备发展,“捕食者”无人机操作员工作站,无人机飞行操纵,四、无人机飞行操纵现状和未来发展方向,（3）人机系统 主要研究工作包括三大方面内容： 1） 远程操作飞行器自适应跟踪训练系统目的在于提供经济可承受的、可重构的，基于计算机的仿真能力，开发空、地、海基无人机系统模拟训练手段 。 2） 方舱工作站设计研究通过实际统计分析，为男、女性各自建立了14组模型点。 3）无人机系统操作官选择能力提高研究目前已经开展了选择和训练效能研究。,无人机飞行操纵,四、无人机飞行操纵现状和未来发展方向,2. 对未来发展的规划,

13、无人机飞行操纵,四、无人机飞行操纵现状和未来发展方向,3. 对我们的启迪,我军新型地面控制站,无人机飞行操纵,四、无人机飞行操纵现状和未来发展方向,3. 对我们的启迪,硬件建设的落后源于我们的基础工业水平和科研实力，随着我国经济的腾飞综合国力的增强，我们正在奋起直追；但另一个方面“软实力”的建设，这方面的差距却并不容易明确衡量。体质建设、人才培训、模式养成等等这些看得到、摸不着的东西，我们究竟怎样？如果仅仅从表面上看，我们是存在差距的，但到底差多少，这个却没有像硬件技术指标那样量化的东西去衡量，无法认清差距也就不好去追赶，从这个意义上来说，弥补“软实力”上的差距比“硬实力”更为困难。,无人机飞

14、行操纵,五、飞行操纵技术,UAV飞行操纵技术涵盖的面很广，无人机的种类繁多其飞行操作也不尽相同，但总的来说，飞行操纵技术可以从两个不同的方面来考虑划分。一是从设计者的角度来看，可以按照前面讲过的用控制方式来划分，可以分为自主控制、遥控和组合控制三方面技术；二是从使用者的角度来看，可以按照整个飞行过程所涉及到的操纵技术层面划分，又可以分为流程操作、状态监控和应急操作三个具体的技术层面。,无人机飞行操纵,五、飞行操纵技术,1、面向设计的操纵技术 （1）自主控制 在前面在自主控制定义中已经指出，此时飞机处于自动驾驶状态，基本不需要人工干预，此时操纵人员的主要任务就是监控飞机，各系统是否运行正常，是否

15、按照预设航路飞行。 自主控制是无人机最为常态的飞行模式。,无人机飞行操纵,五、飞行操纵技术,1、面向设计的操纵技术 （2）遥控 如果说自主控制状态下对飞行操纵的要求是“博闻强记”的话，那么遥控状态下对飞行操纵的要求就是“技艺精湛”。可以说这一方面的技术是无人机飞行操作员最为贴近飞行员的了，特别是对于操控模式接近有人机的无人机来说，遥控是操作手必须熟练掌握的技术。,无人机飞行操纵,五、飞行操纵技术,1、面向设计的操纵技术 （2）遥控,与有人机相近的无人机飞行操纵,无人机飞行操纵,五、飞行操纵技术,1、面向设计的操纵技术 （2）遥控 对于有人机飞行来说“着陆”是最难的一个科目，无人机遥控也是如此。

16、着陆模式包括在训练跑道的一系列接触和走的着陆。在典型的操作中，受训操作手被要求以给定的速度和航向接近。着陆模式包括了5个分段： 逆风段 （航向270 ） 侧风段 （航向360 ） 顺风段 （航向90 ） 基础段 （航向180 ） 终段 （航向270 ）,无人机飞行操纵,五、飞行操纵技术,1、面向设计的操纵技术 （3）组合控制 组合控制介于自主和遥控之间，既要求熟知该模式下的操纵特点又要求掌握该模式下的控制技法，该种控制模式可以理解为“更为人性化的自主控制”或是“更为轻松的遥控飞行”，人的干预通常是通过模拟量来完成，杆量的大小、时机需要通过大量的训练和实操去掌握。,无人机飞行操纵,五、飞行操纵技术,2、面向过程的操纵技术,无人机飞行操作员日常工作关系图,无人机飞行操纵,五、飞行操纵技术,2、面向过程的操纵技术,飞行任务过程工作关系图,无人机飞行操纵,五、飞行操纵技术,2、面向过程的操纵技术,面向过程的飞行操纵技术关系图,无人机飞行操纵,五、飞行操纵技术,2、面向过