無人機(jī)論文剖析

無人機(jī)論文1引言高技術(shù)的發(fā)展，信息技術(shù)的革命，使得高技術(shù)武器層出不窮。作為未來戰(zhàn)爭物質(zhì)基礎(chǔ)的高技術(shù)武器裝備，正朝著信息化、精確化、隱身化和無人化方向發(fā)展。隨著各種航空和電子技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)在性能上得到了迅速的發(fā)展，在軍事和民用領(lǐng)域都有了廣泛的應(yīng)用前景。與有人機(jī)相比，無人機(jī)具有價格低廉、機(jī)體小、機(jī)動靈活、無人員傷亡，起飛條件、空勤保障相對簡單等優(yōu)點。但面對新形式下的作戰(zhàn)需求，現(xiàn)在的無人機(jī)又顯得智能化程度不夠，在復(fù)雜不確定的環(huán)境條件下，現(xiàn)有的無人機(jī)系統(tǒng)一旦缺乏人的控制決策干預(yù)，往往不能順利完成任務(wù)。自主控制技術(shù)成為元人機(jī)的發(fā)展重點之一，越來越受到重視。半自主控制、自主控制的概念被提上了日程。如何最大程度地給無人機(jī)賦予智能，實現(xiàn)其自主飛行控制、決策、管理及健康診斷和自修復(fù)，從而在某些領(lǐng)域取代有人駕駛飛機(jī)，是今后需要研究的主要方向。2國外無人機(jī)飛行控制的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢美國作為全球第一軍事強(qiáng)國，無人機(jī)的種類和數(shù)量都居全球第一，美國無人機(jī)的發(fā)展方向代表了世界無人機(jī)的發(fā)展趨勢。為了指導(dǎo)和規(guī)劃美國無人機(jī)的發(fā)展，美國國防部相繼于2000，2002，2005和2007年公開發(fā)表了4個官方文件：《2000~2025年美國無人機(jī)路線圖》，《2002～2027年美國無人機(jī)路線圖》，《200～2030年美國無人機(jī)系統(tǒng)路線圖》、《2007～2032年美國無人系統(tǒng)路線圖》。前3個路線圖分別給出了自主控制等級發(fā)展趨勢圖，對無人機(jī)自主控制級別(Autonomouscontrollevel，ACI)都采用了相同的提法，把自主控制的級別劃分為了10級，對自主控制等級的衡量標(biāo)準(zhǔn)中包括故障診斷能力、航線規(guī)劃能力、機(jī)群協(xié)同能力、機(jī)群戰(zhàn)術(shù)規(guī)劃能力、分布式控制、機(jī)群戰(zhàn)略目標(biāo)等內(nèi)榮。并對當(dāng)前有代表性的、在研究的和未來規(guī)劃的無人機(jī)系統(tǒng)如Pioneer，GlobalHawk，X-45，AFRIGoal和ONRGoal等的ACI都進(jìn)行了較明確的定義。ACI己經(jīng)開始作為一種標(biāo)準(zhǔn)用來衡量無人機(jī)的自主性提高ACI是美國無人機(jī)發(fā)展的趨勢之一。3故障診斷與自修復(fù)無人機(jī)在復(fù)雜未知飛行環(huán)境下的故障診斷與容錯控制為提高無人機(jī)飛行的安全性、可靠性及早期故障的適應(yīng)與防護(hù)能力提供了一條新的技術(shù)途徑，同時自診斷與自修復(fù)能力也是構(gòu)成完全自主(智能化)飛行控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。不斷龐大的無人機(jī)規(guī)模和其昂貴的任務(wù)設(shè)備，帶來的飛行安全性要求．對飛行器的可靠性和容錯能力提出了更高的要求。無人機(jī)的飛行控制系統(tǒng)作為飛行器的控制中心對其飛行安全起到至關(guān)重要的作用，這就要求無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)除了優(yōu)良的設(shè)計和嚴(yán)格的地面試驗之外，還要具備在飛行過程中系統(tǒng)出現(xiàn)故障時能實時快速診斷，依據(jù)故障特性和損傷特性，迅速進(jìn)行故障隔離和控制重構(gòu)，實現(xiàn)無人機(jī)的最低安全性要求，保證無人機(jī)飛行任務(wù)的繼續(xù)執(zhí)行或者保證無人機(jī)安全返航回收。無人機(jī)的飛行控制系統(tǒng)通過采集各機(jī)載傳感器信息，結(jié)合飛行任務(wù)需求，控制無人機(jī)舵面和發(fā)動機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)對無人機(jī)不同層次的控制。傳感器信息的冗余、信息之間的內(nèi)在關(guān)系、以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的操縱余量設(shè)計等，為飛行過程中無人機(jī)故障自診斷與容錯控制提供了理論上的可行性。設(shè)計精良的自檢測功能(BIT)，為飛控計算機(jī)進(jìn)行快速故障檢測和定位提供直接的幫助。傳感器信息的內(nèi)在關(guān)系、冗余信息出現(xiàn)矛盾時的仲裁算法的深入研究，多層次機(jī)載部件BIT設(shè)計與驗證，容錯控制律設(shè)計與仿真驗證，安全性故障控制軟件模塊以及高可靠性機(jī)載軟件的開發(fā)與測試等、是提高無人機(jī)飛行安全所必須開展的工作。4多機(jī)協(xié)同技術(shù)單架無人機(jī)獨立飛行逐步提高到多架無人機(jī)編隊，實現(xiàn)多架無人機(jī)協(xié)同飛行，是無人機(jī)自動控制的新高度。為了做到協(xié)同，無人機(jī)群應(yīng)該具有高度的自主程度，并能在不同作戰(zhàn)階段進(jìn)行可變自主程度飛行。編隊中的單個無人機(jī)應(yīng)能以不同的路徑飛行，能為其他編隊成員提供完成協(xié)同任務(wù)所需要的支持，能感知和評估變化的境況、形勢和環(huán)境，能自動進(jìn)行航路重規(guī)劃，達(dá)到對目標(biāo)區(qū)域?qū)嵤目臻g、時間或頻率上的有效覆蓋：(1)空間覆蓋：預(yù)先偵察、收集地理信息分為點覆蓋、面覆蓋和點、面混合覆蓋。(2)頻率覆蓋：Et常邊境巡邏，無人區(qū)、軍事隔離帶巡視，敵方大型戰(zhàn)略工事修筑進(jìn)展監(jiān)視，突發(fā)事件局勢監(jiān)控等。(3)時間覆蓋：無人機(jī)與有人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)，無人機(jī)與地面部隊協(xié)同作戰(zhàn)，打擊效果、毀傷程度實時評估，炮兵校射等。多機(jī)協(xié)同控制的技術(shù)，除了自主飛行控制技術(shù)方面對飛行控制精度提出了更高的要求之外還具有以下特點：(1)多機(jī)協(xié)同的中繼通信及信息資源共享技術(shù)：協(xié)同作戰(zhàn)中，需要通過有效的通信方式進(jìn)行信息交換與共享。包括地面控制中心與編隊無人機(jī)的通信與數(shù)據(jù)交換、編隊無人機(jī)之間直接進(jìn)行數(shù)據(jù)共享和信息交換。(2)根據(jù)飛行器的性能和飛經(jīng)的地理環(huán)境、威脅點等因素，針對已知或潛在的目標(biāo)，規(guī)劃出滿足要求的各架無人機(jī)的航跡。(3)以編隊無人機(jī)之問通信和信息資源共享為基礎(chǔ)，在飛行過程中，進(jìn)行航線實時局部修改或重規(guī)劃。(4)運(yùn)用信息融合技術(shù)，進(jìn)行多種來源的位置信息的校準(zhǔn)和時統(tǒng)，把不同來源的位置信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一參考坐標(biāo)系中的信息數(shù)據(jù)。(5)按照一定的相關(guān)準(zhǔn)則，將不同的偵察設(shè)備探測到的同一目標(biāo)的信息進(jìn)行識別、相關(guān)、融合處理，形成該目標(biāo)完整、精確的特征和位置信息。相對于單架無人機(jī)的控制來說，多機(jī)協(xié)同的無人機(jī)控制系統(tǒng)優(yōu)勢在于：各架無人機(jī)從完成任務(wù)的層面上．能達(dá)到互為余度的效果；能高效地完成目標(biāo)區(qū)域面積大、目標(biāo)數(shù)量多的任務(wù)；能充分利用各架無人機(jī)裝載的不同偵察設(shè)備對同一隱蔽目標(biāo)實施有效的偵察，提高目標(biāo)發(fā)現(xiàn)率和識別率。多機(jī)協(xié)同系統(tǒng)作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃如圖2所示。目標(biāo)分布目標(biāo)分布作戰(zhàn)需求任務(wù)規(guī)劃1號無人機(jī)效果評估執(zhí)行2號無人機(jī)N號無人機(jī)滿足5結(jié)束語本文首先分析了國外無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，提出了無人機(jī)控制系