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1、无人飞行器系统综述院系 ：航空科学与工程学院班级 ：150519 班学号 ：2015 年 12 月一、引言无人飞行器系统是以无人机为主体，由多个分系统组成的复杂系统，集成了 航空技术、信息技术、控制技术、测控技术、传感技术以及新材料、新能源等多 学科技术，已成为航空航天的一个新的发展方向。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
2、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。二、无人飞行器系统简述无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“uAV”，是利用无线电遥控设备和 自备的程控装置操纵的不载人飞机。从技术角度定义可以分为：无人直升机、无 人固定翼机、无人多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机等。而无人机系统，英 文缩写为“ UAS”，是以无人机为主体，配有相关的分系统，能完成特定任务的 一组设备。无人飞行器系统一般由无人机平台、测控与信息传输分系统、飞行控 制与导航系统、任务载荷、发射与回收系统和地面运输与保障系统组成。无人机系统按重量、航程和
3、飞行高度可分为：微型无人机（重量一般不超过 lkg）、小型无人机（重量一般不超过20kg,航程不超过30km）、近程无人机（航 程能达到100km）、中程无人机（航程能达到500km）、中空长航时无人机（航 程超过500km，续航时间20小时以上，飞行高度5000到10000m）和高空长航时 无人机（航程达到10000km，续航时间20小时以上，飞行高度达到15000m）。相比有人驾驶飞行器，无人机有着用途广泛，成本低，效费比好，无人员伤 亡风险，生存能力强，机动性能好，使用方便等优势，适用于执行“枯燥的、脏 的、危险的”所谓“3D”任务，能在核污染、化学污染地区和战争前沿侦察， 能在极端恶劣
4、天气下飞行，在现代战争中有着极其重要的作用。无人机执行的任 务分为攻击杀伤型和非攻击杀伤型。美国海军给无人机划分了以下任务分区：地平线之上：探测、分类、导向目标、战斗损失评估两栖作战支持：海军火力支持、水雷/地雷指挥控制通信/无线电情报：天气、电子支持措施、信号情报、核武器和生物武器传感器、监视、侦察 混合作业：攻击、欺骗、心理战、搜寻与营救行动电子战/对抗：电子对抗、电子支持措施、干扰物、空中诱饵到目前为止，侦察/监视任务是无人机的主要活动，它的传感器和数据链是 它今天发展的重点。目标观察次之，电子战是它的第三项任务。在侦察/监视、 目标观察及电子战任务取得成功后，其它任务最后也将得到拓展。
5、现代意义上的无人飞行器系统最早出现在一战期间，美国的CharlesKettering用三年时间为陆军通信兵开发了一种双翼无人机，并命名为凯特林航空 鱼雷（Kettering Aerial Torpedo），该无人机能以每小时55英里的速度飞行近40 英里，并能携带180磅的高爆炸药。飞机由预设控制系统导向目标，并有可分离 的机翼。机翼在飞机到达目标上空时与机身分开，使机身能像炸弹一样投向地面。（图为“凯特林航空鱼雷”早期的无人机多用作靶机，其中最负盛名的有里安公司研制的“火蜂”（Firebee）系列靶机、诺斯罗普公司的“石鸡”（Chukar）系列靶机等，至今靶 机仍在无人机市场中占有很大份额。
6、后由于战争需要，无人机系统多用于侦察、 监视、打击等。从20世纪5060年代开始，美国相继研制成功火蜂、先锋、 猎人、捕食者和全球鹰等战术或战略无人侦察机，以及捕食者改进型无 人侦察作战飞机，先后在越南战争、海湾战争、科索沃战争、阿富汗战争、伊拉 克战争等军事行动中得到应用。在无人机邻域取得骄人成绩的另一个国家是以色 列，它研制成第一代“侦察兵”(Scout)无人机、第二代“先锋” (Pioneer)无人 机、第三代“搜索者(Searcher)无人机，与美国TRW公司合作研制“猎人” (Hunter )无人机、以及中空长航时多用途“苍鹭”无人机。20 世纪90 年代后，西方国家充分认识到无人机
7、在战争中的作用，竞相把高 新技术应用到无人机的研制与发展上：新翼型和轻型材料大大增加了无人机的续 航时间；采用先进的信号处理与通信技术提高了无人机的图像传递速度和数字元 化传输速度；先进的自动驾驶仪使无人机不再需要陆基电视屏幕领航，而是按程 序飞往盘旋点，改变高度和飞往下一个目标。三、军用无人机的典型代表“捕食者”捕食者无人机是由美国通用原子公司(General At omics )研制的一型中空 长航时多用无人机，主要用于侦察、监视、目标指定、电子战和实弹攻击。该型 无人机于1984年开始研制，1999年进入服役。捕食者(Predator)是该无人机的 名称，其代号RQ-1为侦察型，MQ-1
8、为多用型。捕食者无人机目前主要有两个型 号，即捕食者-A(RQ-1 / MQT)和捕食者-B。9.11事件以前，捕食者无人机只有少数军事人员和工业人员有所了解，而 之后在战场上大量应用，成为世界上最成功的战术无人机。但在军事应用中仍存 在一些问题，在海外使用中，每8架就损耗l架，问题包括不能在下雨、下雪、 结冰、有雾或霜冻天起飞；在等待起飞时，高温会损坏机上电子设备；捕食者无 人机的飞行速度不超过145km/h,最有效的飞行高度为3000m,这都在高炮拦截 范围内；另外即使是有经验的操作人员，在遥控操纵台上操作也很困难。美国防 部说，在损耗的无人机中有不少是操纵错误引起的。捕食者无人机的战术技
9、术数据捕食者-A捕食者-B机长8.75m10.36m翼展14.85m19.52m机体高2.21m尾翼展4.83m飞行速度204km/h370km/h待机速度111130km/h278km/h续航时间24h25h最大续航时间40h升限7926m13725m推进一台 78.3kW 的 Rotax914型4冲程发动机一台559kW杭尼韦尔公司的TPE331-10T涡轮螺桨发动机负荷205kg（电/红外或合成孔径雷达）；“海尔法”导弹317.5kg （光-电/红外和 合成孔径雷达）；空地导 弹起飞品质1023kg2721kgr：-坷厂&列传娶36:.-Y-(a. 22 粒 血 manrred 畑 bJ
10、 VfehfcsMQ 1 Pfetfarw无人机工作煙IB 站天蛀流罩“捕食者”无人机系统1、机体结构该无人机采用细长近似半圆柱形的机身，头部为半球形，机身中部有一对展 弦比很大的梯形下单机翼，采用低雷诺数翼型使其具有优越的气动性能，机翼控 制面包括后缘外侧副翼和后缘2/3翼展内侧襟翼，机翼下面有武器挂架。整个 机翼组件还包括伺服机构、微处理控制器、照明设备、磁力计和空速管。借助两 个销钉，机翼很容易装卸。机身尾部有一对带下反角（倒V型）的矩形尾翼，没有 上垂尾翼。机身下部有可收起的前三点式起落架。机身头部内装制导和控制设备、任务负荷，天线在机头下面。机身尾部装有 一台带螺桨的推进发动机。机身
11、中部装有电子设备、电池和燃料箱等。为了能适 于在冬季使用，机上有除冰装置，主要是将乙二醇防冻液布撒在翼前缘。为了便 于装运和维修，机身、机翼、尾翼、螺旋桨、天线以及光-电/红外任务负荷都 是可拆卸的。2、推进系统目前捕食者-A用Rotax-912或Rotax-914汽油发动机，通过减速齿轮箱驱 动变距式螺旋桨。捕食者-B采用TPE331-10T涡轮螺桨发动机推进。3、飞行控制该无人机使用的是完全自主的先进数字飞行控制系统，在执行任务或遥控期 间能重新编程。机上装有利顿公司的LN-100G型GPS/INS导航系统，装有超高频 和甚高频无线电转播线路，作用距离228km的C波段视线数据链路。为指令
12、和状态遥测提供C波段上行/下行数字数据线路。为了提供视频图像还有模拟宽带下 行线路，为了提供超视距能力，机上还载有Ku波段卫星数据链路，以及万向节 稳定的2台彩色摄像机和前视红外雷达。光-电/红外和耐久合成孔径雷达使“捕 食者”具有全天候能力和分辨率达1英尺穿过云层的监视能力。4、任务载荷任务负荷随型号的不同而有所不同。捕食者-A无人机由于机上空间和容许 载荷质量的限制，有的仅装有彩色电视摄像机，光电/红外传感器，激光指示器 /测距仪、电子支持措施、运动目标指示器和通信转播装置等，它们均装在14型 陀螺平台上。该平台能利用自动跟路器跟踪目标，白天用日光电视，晚上用前视 红外。有多种工作方式，如
13、相关法、质心法、自动探测和边缘法等。在捕食者无 人机头部平台上装的是“山猫”（Lynx）合成孔径雷达，该雷达为多模雷达，其工 作模式有：聚束模式、双条带图式和地面动目标指示器模式。另外该合成孔径雷 达还有相干变化检波模式，可指示不同时间拍摄的两幅图像（既可是聚束图像， 也可是条带图像）的些微变化。捕食者-A MQ-1是多用机，其任务负荷还包括有 “海尔法”空地导弹。捕食者-B无人机有更大的任务负荷能力，它能同时装有 光。电/红外和合成孔径雷达。（“捕食者”装备的光电转塔）（“海尔法”空地导弹）5、指控系统通常该系统就是地面控制站有的可能设在舰上），地面控制站是无人机系统 中一个重要的组成部分，
14、它采用模块化结构，可装在一辆可空运的拖车内，有 Ku-波段卫星通信链路和C波段视线数据链路，可将数据、图像和声音信息综合在一个数字数据链中。有驾驶仪/任务负荷等操纵台，驾驶仪操作人员可从操纵 台上显示的无人机飞行状态对无人机进行监控。任务负荷操作员可根据显示器上 显示光-电/红外获得的视频信号提取相关信息和进行操作。作为捕食者Blockl 无人机升级的一部分，它将有改进的站上换班系统。这种改进使一个地面控制站 通过Ku波段线路管理组件能操控两架捕食者无人机。同时捕食者无人机在换班机到达前一直维持在天上，因此消除了覆盖间隙。侦祭目丰示捕盘者无人机通信寒銃皋中鑼 如果不餡途 立直接通佶辭路 则 用
15、Jfi佶丁丘時和時盒 荼无人杭口 它f门还会 格塾搞住回军爭设施口星上行魁路车辆地面控制站tGCS)捕色者紀机 孔径相机主玉用 于导航“虹外相杭和雷这.mu 用于板间侦:璟和穿过畑曲戟 云层进行侦6、起降系统“捕食者”可在准备或半准备的跑道上以常规的方法起降，起降长度通常为610m。也可用回收系统在舰上回收。当动力或指令线路出现故障时，还可采用降 落伞紧急回收。无人机的研制和应用情况1、研制和试验该无人机的P011号于1998年10月5日开始进行了试验，它是超视距操作 型，机上装有特定射频有效负荷和相应的 7 个天线（各机翼前缘 3 个，机头部 1 个）。“捕食者” P022号于1998年12月通过机上ARC-210超高频/甚高频无线电 与几个空军训练中心直接通信。该机还装有APX-100敌我识别器。至1998年5月，捕食者无入机已飞行了 6000h,包括在波斯尼亚战区600 多次出动的3800h，至1999年6月，飞行时间超过13000h。2001 年 2 月，捕食者无人机首次发射了海尔法激光制导制导反装甲导弹。 2002 年11 月，捕食者无人机首次发射了毒刺导弹，以评估无人机具备对付战斗 机的自卫能力的实用性。2、实战应用
