無人機系統(tǒng)以其機動靈活、持久飛行和“零傷亡”等特點幾乎滲透到戰(zhàn)場空間的各個領(lǐng)域。近期幾次局部戰(zhàn)爭中無人機的突出表現(xiàn)，更加引起了各國軍方，尤其是軍事強國的高度重視，已成為信息武器裝備體系的關(guān)鍵節(jié)點和重要組成部分，在信息支援、信息對抗和火力打擊等領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用。

與有人駕駛飛機相比，無人機的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下五個方面：

一是可長時間執(zhí)行空中任務(wù);

二是可替代有人駕駛飛機進入核/生/化等污染環(huán)境執(zhí)行任務(wù);

三是不存在飛行員傷亡，政治和軍事風險較小;

四是由于不考慮人的因素，可承受更大的載荷，飛機的隱身和機動性上可實現(xiàn)質(zhì)的飛躍;

五是全壽命費用低、作戰(zhàn)效費比高。與衛(wèi)星相比，無人機系統(tǒng)具有時效性、針對性和靈活性強等優(yōu)勢。

無人機的地位和作用

無人機是奪取信息權(quán)的有利工具

無人機能夠提供長期持久的戰(zhàn)場信息支持服務(wù)，可實時獲取和戰(zhàn)場信息，具有多維一體、全域覆蓋、持續(xù)實時、準確精細的信息感知能力;不同類型不同高度的無人機系統(tǒng)組成了覆蓋戰(zhàn)場低空至臨近空間區(qū)域范圍的通訊、導航和定位等信息支持網(wǎng)絡(luò)，形成靈活、機動、多層次、立體化的空基和近天基綜合信息支持能力，提高了指揮的效率，增強了作戰(zhàn)的聯(lián)合性和靈活性。

無人機是未來戰(zhàn)場信息對抗的重要支柱

信息對抗，是指對敵方信息系統(tǒng)實施電子干擾、電子欺騙、電子誘餌、網(wǎng)絡(luò)攻擊、和反輻射摧毀。不同類別的無人機系統(tǒng)能夠滿足戰(zhàn)略、戰(zhàn)役、戰(zhàn)術(shù)多層次的信息對抗能力的需要，能夠提供“軟”“硬”不同類型的信息對抗手段，提供從戰(zhàn)術(shù)信息對抗支援到戰(zhàn)略戰(zhàn)役信息對抗打擊的作戰(zhàn)能力，實現(xiàn)對敵方信息系統(tǒng)全頻段、全時域、全天候的信息攻擊，形成多層次的信息作戰(zhàn)力量體系框架。

無人機將成為空中作戰(zhàn)的主導力量

無人機將具備時敏目標察打能力、對敵縱深重要目標精確打擊能力、臨近空間作戰(zhàn)能力和跨大氣層作戰(zhàn)能力，成為21世紀空中作戰(zhàn)的主導力量。在聯(lián)合作戰(zhàn)中，無人作戰(zhàn)飛機可執(zhí)行防空壓制任務(wù)，協(xié)調(diào)各種力量對敵領(lǐng)土縱深實施打擊;無人機與地面和海上力量配合，可為地面和海上兵器指示目標和實施火力校射，提高打擊精度;無人機還可以執(zhí)行戰(zhàn)斗求援、戰(zhàn)場管理、戰(zhàn)區(qū)導彈防御、反雷、心理戰(zhàn)等。

無人機是執(zhí)行最危險任務(wù)的最佳選擇

高技術(shù)信息化戰(zhàn)爭使用精確制導武器的比重越來越大，核、生、化武器并存，殺傷力增大，參戰(zhàn)人員將面臨巨大危險。因此，無人機能夠代替有人機執(zhí)行最危險的任務(wù)，最大限度地避免人員傷亡。

無人機的技術(shù)基礎(chǔ)

航空技術(shù)的發(fā)展是推動無人機技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。無人機是依賴空氣動力承載飛行的航空器，如何讓無人機能夠穩(wěn)定可靠飛行，性能越來越好，這依賴于航空技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。

航空技術(shù)包括空氣動力技術(shù)、飛行動力學技術(shù)、航空結(jié)構(gòu)技術(shù)、航空材料技術(shù)、航空發(fā)動機技術(shù)、飛行控制與導航技術(shù)、航空電子電氣技術(shù)等，早期的航空技術(shù)發(fā)展主要解決無人機等飛行器能夠飛行的問題，現(xiàn)代航空技術(shù)的發(fā)展促進無人機向飛行性能越來越高、飛行可靠性越來越好、執(zhí)行任務(wù)的能力越來越強的方向發(fā)展。

無線數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的發(fā)展是推動無人機向可用化和實用化發(fā)展的條件。由于無人機是機上無人駕駛，必須靠地面控制站通過無線數(shù)據(jù)鏈實現(xiàn)對其操縱控制和飛行狀態(tài)監(jiān)視，因此無線數(shù)據(jù)鏈是推動無人機向可用化和實用化的條件?，F(xiàn)代數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的發(fā)展使得無人機數(shù)據(jù)鏈向著高速、寬帶、保密、抗截獲、抗干擾能力強的方向發(fā)展，推動無人機實用化能力越來越強。

無人機發(fā)展的主要關(guān)鍵技術(shù)

未來無人機向更高、更快、更遠、更機動、更高效的方向發(fā)展，需要的主要關(guān)鍵技術(shù)有：

1、平臺技術(shù)(綜合布局、氣動、輕質(zhì)結(jié)構(gòu)、隱身);

2、大尺寸復合材料設(shè)計(規(guī)范)、加工工藝(成本);

3、結(jié)構(gòu)復合材料，抗紫外線材料，輕質(zhì)材料，耐高溫材料等;

4、微型加工裝配技術(shù)、智能材料的應(yīng)用(無舵面柔性機翼，微型、仿生無人機);

5、先進的發(fā)射回收技術(shù);

6、武器和設(shè)備的小型化及集成化;

7、隱身技術(shù);

8、動力技術(shù);

9、通信技術(shù);

10、智能控制技術(shù);

11、空域管理技術(shù);

無人機飛行控制技術(shù)

飛行控制與管理系統(tǒng)是無人機的關(guān)鍵系統(tǒng)之一。飛行控制系統(tǒng)是無人機完成起飛(發(fā)射)、空中飛行、執(zhí)行任務(wù)、返場著陸(回收)等整個飛行過程的核心系統(tǒng)，對無人機實現(xiàn)全權(quán)限控制與管理，因此對無人機的功能和性能起關(guān)鍵、決定性作用。如果沒有飛行控制系統(tǒng)，現(xiàn)代無人機就不可能上天飛行，完成各種任務(wù)。

無人機飛行控制系統(tǒng)一般包含傳感器、機載計算機和伺服作動設(shè)備三大部分。

無人機控制模式

無人機的飛行控制系統(tǒng)是全時限、全權(quán)限的，飛行控制模式可以分為程序控制(時間程序控制)、遙控(通過地面站遙控指令控制)和自主飛行控制(二維、三維或四維)三種。

前二種飛行控制方式常用作靶機、觀測等類型無人機的飛行控制，第三種常用于偵察機、攻擊機等類型無人機的飛行控制。

在遙控方式下，地面操作手根據(jù)無人機的狀態(tài)信息和任務(wù)要求控制無人機的飛行;

在自主控制方式下，飛行控制系統(tǒng)根據(jù)傳感器獲取的飛機狀態(tài)信息和任務(wù)規(guī)劃信息自動控制無人機的飛行。

在半自主控制方式下，飛行控制系統(tǒng)一方面根據(jù)傳感器獲取的飛機狀態(tài)信息和任務(wù)規(guī)劃信息自主控制無人機的飛行，另一方面，接收地面控制站的遙控指令，改變飛行狀態(tài)。

機載傳感器

無人機飛控系統(tǒng)常用的傳感器包括角速率傳感器、姿態(tài)傳感器、航向傳感器、高度空速傳感器、飛機位置傳感器、迎角傳感器、過載傳感器等。傳感器的選擇應(yīng)根據(jù)實際系統(tǒng)的控制需要，在控制律初步設(shè)計與仿真的基礎(chǔ)上進行。

1、角速率傳感器

角速率傳感器是飛控系統(tǒng)的基本傳感器之一，用于感受無人機繞機體軸的轉(zhuǎn)動角速率，以構(gòu)成角速率反饋，改善系統(tǒng)的阻尼特性、提高穩(wěn)定性。

角速率傳感器的選擇要考慮其測量范圍、精度、輸出特性、帶寬等。

角速率傳感器應(yīng)安裝在無人機重心附近、一階彎振的波節(jié)處，安裝軸線與要感受的機體軸向平行，并特別注意極性的正確性。

2、姿態(tài)、航向傳感器

姿態(tài)傳感器用于感受無人機的俯仰和滾轉(zhuǎn)角度，航向傳感器用于感受無人機的航向角。姿態(tài)、航向傳感器是無人機飛行控制系統(tǒng)的重要組成部分，用于實現(xiàn)姿態(tài)航向穩(wěn)定與控制功能。

姿態(tài)、航向傳感器的選擇要考慮其測量范圍、精度、輸出特性、動態(tài)特性等。

姿態(tài)、航向傳感器應(yīng)安裝在飛機重心附近，振動盡可能要小，有較高的安裝精度要求。

對于磁航向傳感器要安裝在受鐵磁性物質(zhì)影響最小且相對固定的地方，安裝件應(yīng)采用非磁性材料制造。

3、高度、空速傳感器(或大氣數(shù)據(jù)計算機)

高度、空速傳感器(或大氣數(shù)據(jù)計算機)用于感受無人機的飛行高度和空速，是高度保持和空速保持的必備傳感器。一般和空速管、通氣管路構(gòu)成大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)。

高度、空速傳感器的選擇主要考慮測量范圍和測量精度。其安裝一般要求在空速管附近，盡量縮短管路。

4、飛機位置傳感器

飛機位置傳感器用于感受飛機的位置，是飛行軌跡控制的必要前提。慣性導航設(shè)備、GPS衛(wèi)星導航接收機是典型的位置傳感器。

飛機位置傳感器的選擇一般考慮與飛行時間相關(guān)的導航精度、成本和可用性等問題。

慣性導航設(shè)備有安裝位置和較高的安裝精度要求，GPS接收機的安裝主要應(yīng)避免天線的遮擋問題。

引導設(shè)備

精確引導是無人機自動著陸的基礎(chǔ)。由于使用簡易的機場，顯然不可能使用一般的儀表著陸系統(tǒng)或者微波著陸系統(tǒng)。在此前提下，還有如下方法可供選擇。

1) 全球定位系統(tǒng)(GPS)：GPS是目前為止定位精度最高的導航設(shè)施,在世界各國有著廣泛的應(yīng)用。GPS作為精密進場著陸引導系統(tǒng)時必須與INS和無線電高度表相組合。因為GPS易受美國的制約，不宜對其過分依賴。

2) 區(qū)域定位系統(tǒng)(RPS)：區(qū)域定位系統(tǒng)(RPS)通過在地面一定區(qū)域內(nèi)放置4～6個在功能上相當于定位衛(wèi)星的設(shè)備(可稱為偽衛(wèi)星)來實現(xiàn)對空中目標的定位。

3) 地面輔助引導設(shè)施：通過地面的精密光學系統(tǒng)或者導引雷達對飛機定位，再由上行數(shù)據(jù)鏈將定位信息傳給飛控計算機。

4) 視見引導：利用無人機上光電設(shè)備(此時應(yīng)鎖定在一定的角度上)實時拍攝的機場景象迭加無人機的姿態(tài)、航向、空速、高度等信息，形成類似于有人機上的平顯畫面，并結(jié)合機場人員對于無人機的目視結(jié)果，人工引導飛機進場著陸。

伺服機構(gòu)

伺服作動設(shè)備也稱舵機，是飛控系統(tǒng)的執(zhí)行部件。其作用在于接收飛行控制指令，進行功率放大，并驅(qū)動舵面或發(fā)動機節(jié)風門偏轉(zhuǎn)，從而達到控制無人機姿態(tài)和軌跡的目的。

伺服作動設(shè)備可分為電動伺服作動設(shè)備、液壓伺服作動設(shè)備和電液混合伺服作動設(shè)備。無人機上通常使用電動伺服作動設(shè)備。

飛行控制律

飛行控制律是飛行控制系統(tǒng)一個重要組成部分，它是指令及各種外部信息到飛機各執(zhí)行機構(gòu)的一種映射關(guān)系。飛行控制律的設(shè)計就是確定這種映射關(guān)系，使飛機在整個飛行包線內(nèi)具有符合系統(tǒng)要求的飛行品質(zhì)。飛行控制律設(shè)計的依據(jù)是系統(tǒng)研制任務(wù)合同及相關(guān)頂層技術(shù)文件。根據(jù)這些文件具體形成在具有控制系統(tǒng)下飛機的各種品質(zhì)或性能，在對無控飛機的特性進行分析的基礎(chǔ)上，為達到所要求的飛行品質(zhì)或性能，確定初步的控制律結(jié)構(gòu)，然后應(yīng)用自動控制的設(shè)計方法具體確定控制律參數(shù)。通過非線性全量仿真、半物理仿真及飛行試驗，驗證或調(diào)整控制律結(jié)構(gòu)及參數(shù)，使飛行品質(zhì)或性能達到要求?？刂坡稍O(shè)計過程是一個迭代回歸的過程。

控制律結(jié)構(gòu)

首先應(yīng)明確飛機的控制面。一般控制面由升降舵、副翼、方向舵、襟翼、鴨翼、減速板等。根據(jù)對無人機的性能要求及無控無人機的特性確定控制律結(jié)構(gòu)?？刂坡砂v向控制律和橫航向控制律。根據(jù)無人機的任務(wù)要求，選擇以下控制律結(jié)構(gòu)。

俯仰角穩(wěn)定與控制

俯仰角穩(wěn)定與控制回路一般需要俯仰角及俯仰角速度反饋信號，其一般控制律結(jié)構(gòu)如圖所示。

滾轉(zhuǎn)角穩(wěn)定及控制

滾轉(zhuǎn)角穩(wěn)定與控制回路一般需要滾轉(zhuǎn)角及滾轉(zhuǎn)角速度反饋信號，其一般控制律結(jié)構(gòu)如圖所示。

航向穩(wěn)定與控制

航向角穩(wěn)定與控制一般結(jié)構(gòu)如圖。其中，控制結(jié)構(gòu)通過副翼進行航向控制，具有較高的控制效率，但控制中側(cè)滑角較大;利用方向舵進行航向控制，該形式的控制效率較低，所引入的滾轉(zhuǎn)角反饋用于部分消除側(cè)滑角;利用副翼和方向舵聯(lián)合控制航向角，具有控制效率高及側(cè)滑角小的特點。

高度控制

高度控制由俯仰內(nèi)回路及外回路組成。俯仰內(nèi)回路一般由俯仰角和俯仰角速度反饋組成，高度控制的外回路一般采用比例+積分+微分的形式，如圖所示。

空速控制

空速控制分為節(jié)風門空速控制、俯仰空速控制和阻力空速控制。節(jié)風門空速控制通過調(diào)節(jié)發(fā)動機節(jié)風門實現(xiàn)空速的控制，俯仰空速控制通過升降舵偏轉(zhuǎn)使飛機攻角變化，從而改變飛機空氣動力實現(xiàn)空速的控制，阻力空速控制通過阻力板的偏轉(zhuǎn)改變阻力實現(xiàn)空速的控制。

由于發(fā)動機一般具有較大的時間延遲，因此節(jié)風門空速控制一般相對緩慢，俯仰空速控制和阻力空速控制具有響應(yīng)相對快的特點。

側(cè)向偏離控制

側(cè)向偏離控制可實現(xiàn)側(cè)向航跡控制。側(cè)向偏離控制一般通過飛機的滾轉(zhuǎn)控制實現(xiàn)，它由滾轉(zhuǎn)內(nèi)回路和側(cè)偏外回路組成。側(cè)偏距離為相對于期望航線的距離，即期望航線與實際航線之差。有差控制一般用于巡航飛行階段，無差控制主要用于精確控制階段，如著陸。

升降速度控制

升降速度控制一般用于自動輪式著陸的拉平階段，其控制結(jié)構(gòu)由俯仰內(nèi)回路和升降速度外回路組成，如圖所示。

無人機數(shù)據(jù)鏈技術(shù)

數(shù)據(jù)鏈是無人機系統(tǒng)的主要組成部分之一。設(shè)計涉及到遙控遙測、跟蹤定位、圖像傳輸、微波通信、衛(wèi)星通信、抗干擾通信、天線伺服、自動控制和計算機應(yīng)用等多個技術(shù)領(lǐng)域，是一項復雜的信息系統(tǒng)工程。

數(shù)據(jù)鏈功能

1、對無人機及機載任務(wù)設(shè)備的遙控;

2、對無人機及機載設(shè)備的遙測;

3、對無人機的跟蹤定位;

4、對無人機偵察信息的實時傳輸與處理。

遙控技術(shù)

遙控是無人機數(shù)據(jù)鏈必備的功能，用于實現(xiàn)對無人機和任務(wù)設(shè)備的遠距離操作。來自地面操縱臺或操縱器的指令和數(shù)據(jù)，經(jīng)編碼、上行(測控站到無人機)無線信道傳輸和解碼，送給機上飛行控制計算機(或直接)對無人機和任務(wù)設(shè)備實施操作。

在現(xiàn)代先進的無人機系統(tǒng)中，遙控的作用可歸納如下：

1、對無人機飛行的遠距離操縱;

2、對無人機機載設(shè)備的遠距離控制;

3、上行測距碼的傳輸;

4、供無人機導航用的數(shù)據(jù)(包括航路設(shè)置或修改數(shù)據(jù)、測控站位置、由測控站測定的無人機位置、差分GPS修正數(shù)據(jù)等)的上行傳輸。

遙控對于無人機來說非常重要，其可靠性、抗干擾和抗截獲能力等應(yīng)充分重視。遙控指令和數(shù)據(jù)的傳輸一般在較低碼速率下進行，保證足夠的信道電平并不困難。提高設(shè)計余度可以增加遙控的可靠性，通過擴頻或跳頻以及數(shù)據(jù)加密能增加遙控的抗干擾和抗截獲能力。

遙測技術(shù)

遙測是了解無人機狀態(tài)和對其實施遙控的必要監(jiān)測手段。來自機上飛行控制計算機或直接來自機上各部分的遙測數(shù)據(jù)(包括飛行狀態(tài)傳感器的數(shù)據(jù)和機載設(shè)備狀態(tài)的檢測數(shù)據(jù))，經(jīng)編碼、下行(無人機到測控站)無線信道傳輸和解碼，傳回到測控站，通過數(shù)據(jù)綜合顯示，能夠?qū)崟r觀察無人機的飛行狀態(tài)，以及任務(wù)設(shè)備的工作狀態(tài)。操縱人員借助這些數(shù)據(jù)可以方便地對無人機及其任務(wù)設(shè)備進行操縱，完成各種任務(wù)。借助下行遙測信道，還可以實現(xiàn)測控站天線對無人機的跟蹤，測出無人機的方位角。通過遙測傳回的測距碼，與發(fā)送的測距碼進行比對，能夠完成無人機相對測控站的斜距測量。由方位角和斜距，再利用遙測傳回的高度數(shù)據(jù)，就能夠確定無人機相對測控站的位置。

在現(xiàn)代先進的無人機系統(tǒng)中，遙測的作用為：

1、下行傳輸無人機的各種飛行狀態(tài)數(shù)據(jù);

2、下行傳輸無人機的機載設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù);

3、下行傳輸測距碼，實現(xiàn)對無人機的測距;

4、提供測控站跟蹤測角的信標。

遙測對于無人機來說也是非常重要，數(shù)據(jù)傳輸?shù)腻e誤會給操作人員造成誤導，可能導致誤操作而出現(xiàn)事故。無人機遙測的設(shè)計應(yīng)重視數(shù)據(jù)的傳輸質(zhì)量。遙測數(shù)據(jù)速率可能與遙控數(shù)據(jù)相近或稍高一些，保證足夠的信道電平也并不困難。通常采取糾錯編碼等措施提高遙測數(shù)據(jù)的傳輸質(zhì)量。

跟蹤定位技術(shù)

跟蹤定位是指連續(xù)和實時地提供無人機的位置數(shù)據(jù)。這既是操縱無人機的要求，也是對偵察目標進行定位的需要。

對于能自主飛行的無人機，利用遙測將機上導航定位數(shù)據(jù)實時傳回測控站，就可實現(xiàn)對無人機的跟蹤定位。然而，在有些不能完全依賴機上導航定位的情況下，則需要由測控站對無人機進行測角和測距，確定無人機與測控站的相對位置，再結(jié)合測控站本身的位置，就可實現(xiàn)對無人機的跟蹤定位。有時還可以將機上導航定位數(shù)據(jù)和測控站測量數(shù)據(jù)融合，這種組合定位方法既增加了余度，又有利于提高定位精度。

對于遠距離飛行的無人機，測控站天線一般采用高增益定向天線。這樣，既有利于增加信號電平，又有利于提高下行信道的抗干擾能力。如果這種高增益定向天線能自動跟蹤無人機，即具有了跟蹤測角能力，那么再結(jié)合測距功能就可實現(xiàn)對無人機的跟蹤定位。

由于無人機飛行高度相對較低，無人機對測控站的仰角較小，而且無人機自身大都配備有高度傳感器，故多數(shù)情況下無需測定俯仰角，在俯仰方向以手動或數(shù)字引導方式完成跟蹤即可，這有利于降低系統(tǒng)的復雜程度。

信息傳輸技術(shù)

無人機信息傳輸就是通過下行無線信道向測控站傳送由機載任務(wù)傳感器所獲取的視頻偵察信息。視頻偵察信息分圖像偵察和電子偵察兩種信息。圖像偵察信息的信號形式因圖像傳感器類型有所區(qū)別，有電視攝像機的模擬或數(shù)字電視信號，有成像雷達或行掃式攝像機的圖片數(shù)據(jù)信號。電子偵察信息則是帶限模擬信號。

信息傳輸是無人機系統(tǒng)完成偵察任務(wù)的關(guān)鍵。傳輸質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到發(fā)現(xiàn)和識別目標的能力。偵察信息要求有比遙控和遙測數(shù)據(jù)高得多的傳輸帶寬(一般要幾兆赫，最高的可達幾十兆赫，甚至上百兆赫)。因此，視頻偵察信息傳輸信道設(shè)計往往是無人機無線信道設(shè)計最困難的部分。為了簡化系統(tǒng)，視頻信息傳輸和遙測可共用一個信道。